BE1012823A5 - REPORTED ITEMS TO POINTE superabrasive bits EARTH DRILL. - Google Patents

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BE1012823A5
BE1012823A5 BE9800191A BE9800191A BE1012823A5 BE 1012823 A5 BE1012823 A5 BE 1012823A5 BE 9800191 A BE9800191 A BE 9800191A BE 9800191 A BE9800191 A BE 9800191A BE 1012823 A5 BE1012823 A5 BE 1012823A5
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superabrasive
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mass
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BE9800191A
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E Scott Danny
C O Pessier Rudolf
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Baker Hughes Inc
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Abstract

L'invention fournit des éléments de coupe superabrasifs pour des trépans à molettes et des techniques de montage de tels éléments de coupe. Les éléments de coupe du types rapporté utilisent des masses superabrasives autoportantes sur les pointes exposées correspondantes, les éléments étant montés sur les dispositifs de coupe à molettes par insertion de corps rapportés de support en forme de tige dans des ouvertures dans les enveloppes des dispositifs de coupe, de sorte que l'extérieur exposé de la surface de jonction entre la masse superabrasive et la tige de support en carbure de tungstène cimenté se situe en-dehors de la profondeur de coupe de l'élément de coupe dans la formation, et dans certains cas au-dessous de la surface de l'enveloppe. La masse superabrasive autoportante peut comprendre la pointe globale d'un élément rapporté, ou la masse peut avoir des dimensions et une orientation telles à soutenir une intensité et une direction particulières des charges appliquées, la partie résiduelle ou la partie majeure de la pointe rapportée étant recouverte par une enveloppe superabrasive plus fine. Le matériau de la tige en carbure cimenté peut en outre être...The invention provides superabrasive cutting elements for rotary cutters and techniques for mounting such cutting elements. Cutting elements of the attached type use self-supporting superabrasive masses on the corresponding exposed points, the elements being mounted on the rotary cutter devices by inserting rod-shaped supporting bodies into openings in the envelopes of the cutting devices. , so that the exposed outside of the junction surface between the superabrasive mass and the cemented tungsten carbide support rod is outside the cutting depth of the cutting element in the formation, and in some case below the surface of the envelope. The self-supporting superabrasive mass can comprise the global tip of an insert, or the mass can have dimensions and an orientation such as to support a particular intensity and direction of the applied loads, the residual part or the major part of the insert being covered by a thinner superabrasive envelope. The material of the cemented carbide rod can also be ...

Description

       

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   ÉLÉMENTS RAPPORTÉS A POINTE SUPERABRASIVE POUR TRÉPANS DE FORAGE DE TERRE RENVOI AUX DEMANDES APPARENTÉES
La présente demande est une continuation partielle de la demande de brevet US, no. de série 08/468215, déposée le 6 juin 1995, encore en suspens, constituant une continuation de la demande, no. de série 08/300502, déposée le 2 septembre 1994, constituant actuellement le brevet US 5467836, qui est une continuation partielle de la demande, no. de série 08/169880, déposée le 17 décembre 1993, constituant actuellement le brevet US 5346026, qui est une continuation partielle de la demande, no. de série 08/830130, déposée le 31 janvier 1992, constituant actuellement le brevet US 5287936.

   Cette demande est également une continuation partielle de la demande de brevet US, no. de série 08/695509, déposée le 12 août 1996, encore en suspens, constituant une continuation partielle de la demande, no. de série 08/468692, déposée le 6 juin 1995, constituant actuellement le brevet US 5592995. Le contenu de chacun des brevets et de chacune des demandes de brevet ci-dessus au nom de la déposante est incorporé ici à titre de référence. 



  DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne des trépans pour le forage de formations souterraines et plus spécifiquement des trépans à molettes (appelés aussi   trépans"tricônes"ou"rocher")   et des éléments de coupe du type rapporté, à pointe superabrasive, destinés à être utilisés sur les dispositifs de coupe de tels trépans. 



  TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Le développement des techniques de forage rotatif a facilité la découverte et le développement de réserves profondes de pétrole et de gaz, 
 EMI1.1 
 d'abord aux États-Unis et ensuite dans le monde entier. Le trépan tricône à dispositif de coupe à molettes (appelé parfois aussi"cône à molettes" dans la présente demande) a constitué une avance notable dans le cadre des techniques de forage, étant donné qu'un forage des formations moins dures, moins profondes sur une base défendable du point de vue commercial, n'a été possible auparavant qu'avec   l'équipement antérieur d'outils   à câbles et les trépans à lames à dispositif de coupe métallique primitifs. Le trépan à molettes inventé par Howard R.

   Hughes, décrit dans le brevet US 939759, a été capable de forer les strates en surplomb dures dans le fameux "Spindletop field" près de Beaumont, Texas, ayant ainsi révolutionné le 

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 forage de pétrole et de gaz. Les actuels trépans de forage à molettes ou à dispositif de coupe à molettes présentent des vitesses de pénétration largement améliorées et ont une durée de vie beaucoup plus longue, au-delà de différents intervalles de formations, que les trépans originaux de Hughes, grâce à l'amélioration des conceptions et des matériaux, réalisée dans le cadre de nombreuses décennies. Les principes de base du forage avec des trépans à molettes restent toutefois les mêmes, quoi qu'ils soient beaucoup mieux compris à l'heure actuelle qu'à l'époque du développement original de ce type de trépan. 



   Les trépans de forage à molettes utilisent en général des éléments de coupe sur les cônes ou les dispositifs de coupe pour induire des contraintes de contact élevées dans la formation en cours de forage, lors du roulement des dispositifs de coupe sur le fond du trou de forage au cours d'une opération de forage. Ces contraintes entraînent la défaillance de la roche de la formation en cours de forage, entraînant la désintégration et la pénétration de la formation. Dans le contexte des conceptions conventionnelles des trépans, les dispositifs de coupe du trépan tournent ou roulent autour d'axes inclinés par rapport à l'axe géométrique ou de rotation du trépan même, par entraînement par le train de tiges.

   Les axes de rotation des dispositifs de coupe à molettes sont en fait agencés à un angle substantiel par rapport à l'axe du trépan, s'étendant vers le bas et vers l'intérieur de la branche du trépan adjacente au périmètre extérieur du trépan, en direction de la ligne médiane du trépan, la forme conique de la plupart des dispositifs de coupe conventionnels étant adaptée aux axes des dispositifs de coupe, entraînant plusieurs éléments rapportés dentés ou ajustés par pression qui en font partie intégrante (en   général "les   éléments de coupe"), débordant vers l'extérieur du côté extérieur du dispositif de coupe, à s'engager dans la formation le long des lignes de contact s'étendant de la base externe ou de la surface de taille périphérique de chaque enveloppe de dispositif de coupe, vers l'intérieur,

   en direction de la ligne médiane du trépan. Les éléments de coupe sont typiquement agencés dans des rangées multiples, pratiquement parallèles, généralement circonférentielles autour de l'extérieur du dispositif de coupe, des agencements à éléments de coupe en spirale et de configuration différente étant toutefois aussi connus dans la technique. Des éléments de coupe sont également agencés autour de la périphérie inférieure des cônes des dispositifs de coupe, appelée en général surface de front de taille, des éléments de coupe additionnels ou 

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 des éléments de raclage pouvant être agencés le long de l'intersection de la surface de front de taille et de la surface de taille périphérique du dispositif de coupe. 



   Par suite de la conception du trépan, décrite brièvement ci-dessus, et par suite des variations du matériau de la formation, ainsi que du poids appliqué sur le trépan   (W08),   du couple et de la vitesse de rotation, transmise au trépan à travers le train de tiges, un dispositif de coupe ne roule ou ne tourne pas forcément uniquement au-dessus du fond du trou de forage, le mouvement entre les éléments de coupe et la formation étant réduit ou nul, mais il glisse aussi contre le matériau de la formation par suite du décalage de l'axe du dispositif de coupe par rapport à un plan radial et des variations par rapport à un dispositif de coupe de forme géométrique à vrai roulement, parfaitement conique. Un tel glissement peut aussi être entraîné par la précession du trépan autour de sa ligne médiane. 



  L'incidence du glissement peut en outre avoir une importance particulière au cours des opérations de forage directionnel, dans lesquelles le trépan est orienté de sorte à forer un chemin ne coïncidant pas tout à fait avec sa ligne médiane, par suite de l'influence de stabilisateurs excentriques, de bases courbées, de boîtiers courbés, ou d'autres éléments de direction passifs ou fixes, ou de mécanismes de direction actifs (bras, tampons, stabilisateurs ajustables, etc), inclus dans l'assemblage du trou du puits. Un tel glissement entraîne une entaille ou un raclage de la formation par les éléments de coupe du trépan, fournissant un mode de coupe différent, bien que non intentionnel, en plus du procédé de concassage ci-dessus. 



   Un terme générique désignant l'entaille ou le raclage des éléments de coupe coulissants, enlevant du matériau de la formation, est le terme "coupe du type à cisaillement", constituant le mode primaire de coupe dans des trépans à dispositif de coupe fixe ou des trépans à lames, dans lesquels des éléments de coupe non mobiles, comportant souvent des tables de coupe ou des dents en saillie, composées de matériaux superabrasifs, à résistance élevée à l'usure, coupent des fragments ou même des bandes allongées de matériau de la formation en cours de forage. L'existence d'une coupe du type à cisaillement dans les dispositifs de coupe à molettes, bien que reconnue, n'a toutefois pas été largement développée dans la technique.

   Les brevets US 5282512 ; 5341890 et 5592995, ainsi que la demande de brevet US parallèle, no. de série 08/695509, déposée le 12 août 1996 et au nom de la déposante de la présente demande, décrivent des éléments de coupe englobant des caractéristiques de conception pour une coupe par 

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 cisaillement en vue d'une utilisation sur des dispositifs de coupe à cône à molettes. Chacun des brevets ci-dessus ainsi que la demande décrivent l'utilisation d'un élément diamanté préformé, séparé, relativement petit, supporté sur l'extérieur de l'élément rapporté métallique ou agencé dans une cavité ou un évidement correspondant, composé typiquement de carbure, par exemple de carbure de tungstène cimenté (WC).

   Les parties de l'élément rapporté métallique de ces éléments de coupe forment une majorité de la surface externe des éléments rapportés exposés à la formation, au fluide de forage et aux débris de la formation. 



   Une autre approche concernant la formation d'éléments de coupe superabrasifs du type rapporté a consisté à former une gaine ou un revêtement de matériau superabrasif (diamant) au-dessus d'un corps rapporté en WC, d'autres métaux et alliages ayant toutefois aussi été utilisés dans la technique. Les brevets US 4604106 ; 5045092 ; 5145245 ; 5161627 ; 5304342 ; 5335738 ; 5379854 ; 5544713 et 5499688, ainsi que la demande de brevet parallèle, no. de série 08/633983, déposée le 17 avril 1996, décrivent de tels éléments rapportés à gaine ou à revêtement.

   Certains de ces brevets décrivent aussi l'utilisation d'éléments diamantés séparés, relativement petits, agencés ou formés dans des évidements dans la surface d'un élément rapporté, de tels éléments étant ou bien exposés à l'intérieur de l'élément rapporté ou bien recouverts d'une gaine ou d'un revêtement diamanté. Le brevet US 4109737 décrit l'utilisation d'une fine couche d'aggloméré compacte de diamant polycristallin sur l'extrémité d'un élément de coupe du type à tige, destiné à être utilisé sur des trépans à lames. 



   Une approche encore différente concernant un élément de coupe superabrasif du type rapporté pour des trépans à molettes a été décrite dans les brevets US 5159857 ; 5173090 ; et 5248006. Ces brevets ont une approche radicalement différente en ce qui concerne les éléments rapportés superabrasifs, utilisant un noyau en aggloméré compact de diamant polycristallin formé à pression et à température élevées, entouré par une gaine métallique dure, relativement fine, tubulaire, et comportant dans certains cas une base intégrante ou un plancher du même métal, formant une structure en forme de coupe, remplie de diamant. La gaine métallique est formée initialement avec une épaisseur de paroi excessive, de sorte que l'élément rapporté peut être usiné avec un diamètre voulu en vue de l'insertion dans un dispositif de coupe à molettes. 



   Dans un élément rapporté composé pour l'essentiel de métal et ne comportant que de petits éléments diamantés séparés qui y sont agencés au 

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 niveau d'un ou de deux emplacements sélectionnés, il faut prévoir avec précision les intensités et l'orientation de la charge appliquée au dispositif de coupe et à l'élément rapporté pour assurer un positionnement et une orientation corrects des éléments diamantés. Dans certains cas, le corps rapporté métallique et les éléments diamantés séparés sont en outre préformés séparément et exigent une fixation mutuelle ultérieure par brasage ou par d'autres techniques de liaison métallurgiques. 



   Dans un élément rapporté ne comportant qu'une gaine superabrasive (diamantée), le matériau de la tige métallique sous-jacente supporte en dernier lieu la charge appliquée à l'élément rapporté au cours du forage, que ce soit l'application d'une charge du type à compression, pour laquelle les éléments rapportés ont été essentiellement conçus, ou bien l'application d'une charge du type à cisaillement, citée ci-dessus. La gaine diamantée peut ainsi elle-même être soumise à une contrainte de traction, en présence de laquelle elle est très faible et présente un rapport de défaillance sous contrainte remarquablement bas, par suite d'un affaissement de la pointe métallique sous-jacente. L'affaissement du matériau de la pointe peut entraîner une fissuration, un écaillage, une cassure ou un délaminage de la gaine diamantée de la pointe.

   D'un autre point de vue, le gradient de contrainte dans une fine gaine ou enveloppe diamantée est extrêmement élevé, entraînant une défaillance précoce si on ne prévoit pas de support par un matériau de rigidité égale. Les contraintes thermiques peuvent aussi aggraver les problèmes ci-dessus. Les forces de cisaillement peuvent en outre appliquer une contrainte de traction à la surface de jonction diamant/métal (déjà soumise à une contrainte résiduelle depuis la fabrication), entraînant de nouveau une dégradation de la gaine diamantée ou de sa liaison avec la tige. 



   Les éléments rapportés à noyau diamanté ne comportant qu'une enveloppe ou une gaine métallique entourant la masse diamantée, s'étendant pratiquement sur la longueur de l'élément rapporté, ne souffrent pas de la même façon de détériorations induites par l'application de charges que les éléments rapportés à gaine diamantée, étant donné que le matériau du noyau diamanté absorbe lui-même les charges appliquées, de tels éléments rapportés ne pouvant toutefois normalement pas soutenir l'impact ou la contrainte élevée appliqué sur la pointe superabrasive, sans fissuration de l'enveloppe ou de la gaine métallique, entraînant fréquemment une perte de l'élément rapporté du dispositif de coupe.

   Les éléments rapportés à noyau diamanté exigent en outre un grand volume de particules diamantées 

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 chères pour former le noyau diamanté, le procédé de formation de tels éléments de coupe à noyau diamanté donnant un nombre très réduit de pièces au cours de chaque opération de la presse à diamants. 



   Il a été envisagé de produire un élément de coupe diamanté pour un trépan à lames, avec une structure pratiquement superabrasive, comme décrit dans les demandes de brevet US parallèles et au nom de la déposante, no. de série 08/602076 et la demande de brevet US, no. de série 08/602050, déposées toutes les deux le 15 février 1996 et incorporées ici à titre de référence. Seuls des développements assez généralisés ont toutefois été décrits en ce qui concerne le concept de formation des éléments rapportés du dispositif de coupe à molettes en termes de structure interne et externe spécifiques, ou en ce qui concerne le montage des éléments rapportés dans le dispositif de coupe à molettes même. 



   Il existe donc toujours une demande pour des éléments de coupe superabrasifs du type rapporté, efficaces et robustes, pouvant être utilisés sur des trépans du type à dispositifs de coupe molettes, pouvant être fabriqués de façon efficace et économique, par l'intermédiaire de techniques de fabrication connues, et pouvant être montés sur un dispositif de coupe à molettes d'une manière réduisant au minimum le risque d'une perte ou d'un endommagement de l'élément de coupe pendant le fonctionnement. 



  DESCRIPTION DE L'INVENTION
La présente invention fournit un élément de coupe superabrasif du type rapporté destiné à être utilisé dans des trépans à molettes, un tel élément de coupe soutenant la charge appliquée à l'élément de coupe à travers la masse autoportante du matériau superabrasif, composant au moins une partie substantielle de la surface externe exposée de l'élément de coupe, débordant au-dessus de la surface de l'enveloppe du dispositif de coupe, l'élément de coupe étant fixé dans une ouverture dans la surface de l'enveloppe du dispositif de coupe par un matériau résistant à la rupture, comprenant de préférence une tige de carbure métallique cimenté agencée audessous de la masse superabrasive.

   Cette conception est nettement différente de celle de la technique antérieure, décrite ci-dessus, dans laquelle seule une enveloppe diamantée superficielle est agencée au-dessus d'un corps de tige métallique à support de charge, un élément diamanté séparé étant formé ou fixé sur un tel corps de tige, une combinaison des deux caractéristiques ci-dessus étant utilisée, ou avec utilisation d'un 

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 élément rapporté à noyau diamanté ne comportant qu'une gaine métallique fine, cylindrique et tubulaire qui l'entoure.

   La masse du matériau superabrasif, utilisée dans les éléments de coupe selon la présente invention, compose spécifiquement une partie substantielle de l'extrémité débordante de l'élément de coupe s'engageant dans la formation au cours des opérations de formage, et est supportée d'en-dessous dans l'enveloppe du dispositif de coupe par le carbure résistant à la rupture.

   La masse de matériau superabrasif a une profondeur suffisante, au moins dans la direction ou les directions de l'application anticipée des charges prédominantes à l'élément de coupe (variant en fonction de l'emplacement de l'élément de coupe et selon qu'il s'agit d'un élément de coupe de front de taille, de taille périphérique ou de rangée interne) pour soutenir une telle charge appliquée, d'une intensité suffisante pour entraîner l'affaissement du matériau du carbure sous-jacent, sans entraîner la rupture, l'écaillage ou le délaminage du matériau superabrasif. 



   Un autre caractéristique avantageuse de la présente invention concerne la configuration de coopération de l'élément de coupe et de son ouverture de réception correspondante dans le dispositif de coupe à molettes, pour assurer qu'une quelconque surface de jonction entre la masse superabrasive et le corps de la tige, en particulier dans la direction du déplacement de l'élément de coupe contre la formation, et flanquant celleci, est agencée au-dessus (c. à. d. à l'extérieur) de la profondeur de la coupe (DOC) effectuée par l'élément rapporté dans la formation. Dans une forme de réalisation, la surface de jonction exposée matériau superabrasif/métal est située au-dessous de la surface de l'enveloppe du dispositif de coupe après la fixation de la tige ou du corps de l'élément rapporté de l'élément de coupe dans l'enveloppe du dispositif de coupe.

   La région soumise à des contraintes relativement élevées entourant la limite entre le métal et le matériau superabrasif de l'élément de coupe est ainsi décalée verticalement des contraintes de cisaillement produites par le contact de l'élément rapporté avec la formation. Lorsque la limite externe exposée de la surface de jonction est en outre évidée dans l'enveloppe du dispositif de coupe, elle est protégée dans une large mesure de l'environnement érosif et abrasif dans le trou de forage. 



   Une autre caractéristique de l'invention concerne le pouvoir de configurer la masse superabrasive de sorte à présenter ou à définir au moins une arête de coupe, s'engageant dans la formation en cours de forage, dans le cadre d'une action de coupe du type à cisaillement, et à soutenir 

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 de préférence les charges provenant de la coupe du type à cisaillement et à concassage. 



   Dans la forme de réalisation préférée de la présente invention, le matériau superabrasif utilisé comprend un aggloméré compact de diamant   polycristallin   (PDC), la tige de support ou le corps rapporté constituant la partie résiduelle étant composé de carbure de tungstène cimenté, et l'élément de coupe étant ajusté par serrage (c. à. d. par pression), par brasage ou d'une autre façon dans une ouverture de profondeur appropriée dans la surface de l'enveloppe du dispositif de coupe. 



  BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est une vue en perspective d'un trépan de forage pour le forage de formations souterraines selon la présente invention ; la figure 2 est une élévation latérale en partie en coupe d'un premier élément de coupe de front de taille selon l'invention ; la figure 3 est une élévation latérale en partie en coupe d'un deuxième élément de coupe de front de taille selon l'invention ; la figure 4 est une élévation latérale en partie en coupe d'un premier élément de coupe de taille périphérique selon l'invention ; la figure 5 est une élévation d'en haut d'une première configuration topographique externe modifiée de l'élément de coupe de la figure 4 ; la figure 6 est une élévation d'en haut d'une deuxième configuration topographique externe modifiée de l'élément de coupe de la figure 4 ;

   la figure 7 est une élévation latérale en partie en coupe d'un deuxième élément de coupe de taille périphérique selon l'invention ; la figure 8 est une élévation d'en haut d'une configuration topographique externe de l'élément de coupe de la figure 7 ; la figure 9 est une élévation d'en haut d'une première configuration topographique externe modifiée de l'élément de coupe de la figure 7 ; la figure 10 est une élévation latérale en partie en coupe d'un deuxième élément de coupe interne selon la présente invention ; la figure 11 est une élévation latérale en partie en coupe d'un deuxième élément de coupe interne selon l'invention ; la figure 12 est une élévation d'en haut d'une configuration topographique externe de l'élément de coupe de la figure 11 ;

   

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 la figure 13 est une élévation latérale d'un élément de coupe de taille périphérique selon l'invention, montrant une partie du corps de l'élément rapporté débordant dans la pointe superabrasive et configurée de sorte à fournir une masse superabrasive autoportante contre l'application d'une charge latérale ; la figure 14 est une élévation latérale d'un élément de coupe selon l'invention, montrant une partie du corps rapporté   débordant dans ta pointe   superabrasive et configurée de sorte à fournir une masse superabrasive autoportante améliorée dans des zones sélectionnées contre les charges appliquées à la pointe superabrasive de l'élément de coupe ;

   la figure 15 est une élévation latérale d'un élément de coupe selon l'invention, l'élément de coupe englobant une série de chanfreins arqués, contigus sur une surface externe de la masse superabrasive ; les figures 16 et 17 sont respectivement une vue de profil et une vue latérale d'un élément de coupe en forme de ciseau englobant une saillie du corps rapporté dans la masse superabrasive ; les figures 18 et 19 sont respectivement une vue de profil et une vue latérale d'un élément de coupe en forme de ciseau comportant une surface de jonction entre la masse superabrasive située au-dessus de la surface du dispositif de coupe et la partie cylindrique de l'élément de coupe ;

   et la figure 20 est une vue latérale d'un élément de coupe selon l'invention, dans lequel la surface de jonction entre la masse superabrasive et le corps de l'élément rapporté se situe au-dessous de la profondeur de coupe sur la face d'attaque et des flancs de l'élément de coupe et au-dessus de la profondeur de coupe sur la face de fuite. 



  MEILLEURS MODES D'EXÉCUTION DE L'INVENTION
Différentes vues des dessins, en particulier la figure 1, représentent un trépan de forage selon la présente invention. Le trépan 11 englobe un corps de trépan 13, englobant une tige filetée 15 au niveau de son extrémité supérieure, destinée à être connectée à un train de tiges, ceci étant bien connu dans la technique. Chaque branche ou section du trépan 11 comporte un compensateur de lubrification 17, une forme de réalisation préférée correspondante étant décrite dans le brevet US 4276946, au nom de Millsaps. Au moins une buse 19 est agencée dans le corps du trépan 13 pour diriger du fluide de forage reçu de l'intérieur du train de tiges, pour refroidir et lubrifier l'action de coupe du trépan 11, et pour éliminer le matériau découpé de la formation en cours de forage.

   Trois 

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 dispositifs de coupe 21,23 et 25, ayant en général une configuration externe conique, sont chacun fixés par rotation à un arbre de support associé à chaque branche du corps de trépan 13 et débordant de celui-ci. Chaque dispositif de coupe 21,23, 25 possède une surface d'enveloppe externe du dispositif de coupe, englobant une surface de front de taille 31 et une surface de taille périphérique 41. 



   Plusieurs éléments de coupe, sous forme d'éléments rapportés en forme de tige, sont agencés dans des rangées généralement circonférentielles s'étendant autour de chaque dispositif de coupe 21,23, 25. La surface de front de taille 31 de chaque dispositif de coupe supporte une rangée d'éléments de coupe de front de taille 33, une surface de taille périphérique 41 de chaque dispositif de coupe, coupant la surface de front de taille 31 de ce dispositif de coupe, supportant au moins une rangée d'éléments de coupe de taille périphérique 43.

   Dans certaines applications, il est préférable qu'au moins un élément de coupe de raclage 51 soit fixé à chaque surface de l'enveloppe du dispositif de coupe, dans l'emplacement général de l'intersection entre les surfaces de front de taille et de taille périphérique, 31 et 41, entre une paire d'éléments de coupe de taille périphérique 43. 



   La partie externe de la structure de coupe de chaque dispositif de coupe, comprenant des éléments de coupe de taille périphérique 43, des éléments de coupe de front de taille 33, et une deuxième structure de coupe sous forme d'au moins un élément de coupe de raclage 51, concasse et racle le matériau de la formation au niveau du coin et la paroi latérale du trou de forage, lors du roulement et du glissement des dispositifs de coupe 21, 23,25 à travers le matériau de la formation au niveau du fond du trou de forage, lors de la rotation du trépan Il en présence du couple appliqué et du WOB. Les extrémités débordantes des éléments de coupe de taille périphérique 43 assurent la première action de coupe, assistée de façon secondaire par les éléments de coupe de raclage 51.

   Lors de l'usure des surfaces les plus externes des éléments de coupe de taille périphérique 43, les éléments de coupe de front de taille 33 contactent la paroi latérale du trou de forage et s'engagent dans celle-ci pour maintenir le diamètre d'écartement. Les éléments de coupe 53 agencés dans des rangées généralement circonférentielles, radialement vers l'intérieur des rangées des éléments de coupe de taille périphérique 43, sont appelés éléments de coupe internes, plusieurs rangées de tels éléments de coupe internes 53 étant agencées sur chaque dispositif de coupe 21,23, 25.

   Chaque dispositif 

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 de coupe 21,23, 25 englobe ainsi typiquement une rangée ou un anneau d'éléments de coupe de front de taille 33, une ou plusieurs rangées ou anneaux d'éléments de coupe de taille périphérique 43 et une ou plusieurs rangées ou anneaux d'éléments de coupe internes 53. 



   La force et la résistance à l'usure ainsi que l'efficacité de coupe des éléments de coupe de front de taille 33, des éléments de coupe de taille périphérique 43 et des éléments de coupe interne, débordant d'une distance substantielle vers l'extérieur à partir des surfaces de l'enveloppe du dispositif de coupe, sont améliorées en formant une partie substantielle de ces extrémités externes ou saillies des éléments 33,43 et 53 à partir d'une masse autoportante de matériau superabrasif, structurée de sorte à concasser efficacement la formation avec une telle masse superabrasive, en présence d'une contrainte de compression extrême. 



  Des contraintes de traction élevées de sous-surface ou internes induites dans les éléments de coupe par des contraintes de contact extrêmes peuvent ainsi être absorbées par la masse de matériau superabrasif à résistance élevée. La masse superabrasive dépasse de préférence d'au moins dix pour cent le volume de la pointe de travail de l'élément de coupe, le terme "pointe de travail"étant défini comme correspondant à la partie de l'élément de coupe destinée à s'engager dans la formation. L'utilisation d'une masse superabrasive relativement importante améliore aussi le transfert de chaleur entre la zone d'engagement de l'élément de coupe dans la formation, des matériaux superabrasifs comme le diamant assurant un transfert de chaleur largement supérieur à celui des carbures. 



   La contrainte au niveau de la surface de jonction entre le matériau superabrasif et le corps de l'élément rapporté des éléments de coupe selon l'invention, utilisant une masse autoportante de matériau superabrasif, est largement inférieure à celle existant dans le cas d'utilisation d'enveloppes ou de gaines fines diamantées selon la technique antérieure. La masse superabrasive autoportante des éléments de coupe selon l'invention empêche la superposition d'une contrainte élevée produite en service (pendant le forage) à la contrainte résiduelle élevée provenant de la fabrication, située dans la région de la surface de jonction.

   L'utilisation d'un seul matériau superabrasif unitaire pour absorber les charges de coupe est en outre avantageuse et permet de supprimer la nécessité de soutenir de telles charges avec le module d'élasticité nettement plus faible du matériau adjacent du carbure sous-jacent existant dans l'élément de coupe du type à"enveloppe"superabrasive, supprimant ainsi la nécessité 

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 d'utiliser plusieurs couches de diamant et/ou de carbure pour changer le module progressivement entre l'extérieur et le noyau de l'élément de coupe. 



   En outre, contrairement à l'opinion conventionnelle, partagée par les fabricants de diamants synthétiques, affirmant qu'une table ou une masse diamantée plus épaisse est moins durable qu'une table fine, les inventeurs ont découvert que cela n'est pas le cas, à condition que la table ou masse plus épaisse soit fabriquée avec une intégrité comparable à celle d'une table ou masse plus fine.

   Les inventeurs ont aussi démontré, de nouveau contrairement aux instructions conventionnelles de la technique, que les éléments rapportés superabrasifs peuvent soutenir de façon satisfaisante l'application d'une charge latérale (c. à. d. pratiquement transversale à l'axe longitudinal de l'élément de coupe du type à tige), sans dégradation notable, de sorte à être efficaces dans une coupe du type à cisaillement en présence d'une telle charge, à condition que la profondeur du matériau superabrasif rentrant dans la formation soit égale ou supérieure à la profondeur de coupe (DOC) dans la formation. Dans la mesure où la DOC dépasse la profondeur de la surface de jonction diamant/carbure, on peut toutefois assister à un délaminage rapide du diamant du carbure. 



   Comme une DOC typique pour un trépan à molettes (en fonction de la résistance de la formation et de l'application), est normalement comprise dans un intervalle allant d'environ 0,010 à environ 0,150 pouce, et qu'il est maintenant connu dans la technique de fabriquer   des"tables"diamantées   sur les extrémités des cylindres de carbure avec une épaisseur s'approchant au moins de 0,150 pouce pour un élément de coupe d'un trépan à lames (dans lequel une arête de coupe d'une face de coupe bidimensionnelle orientée transversalement à l'axe longitudinal du cylindre est agencée avec une inclinaison arrière négative par rapport à la formation pour cisailler le matériau de celle-ci), un élément de coupe de trépan à molettes avec une pointe ou un capuchon superabrasif autoportant peut ainsi être fabriqué de façon économique,

   avec par exemple une distance de 0,150 pouce entre la surface de jonction matériau superabrasif/métal et la pointe de la masse superabrasive, permettant, comme indiqué ci-dessus, de décaler la surface de jonction de la DOC, et si nécessaire, d'évider ou de cacher la surface de jonction diamant/métal au-dessous du rebord de l'ouverture dans l'enveloppe du dispositif de coupe dans laquelle est fixé l'élément de coupe. Des commandes appropriées des procédés de frittage (pressage) au cours de la fabrication du matériau superabrasif et un recuit après le pressage permettant en outre d'obtenir des profondeurs de la masse du 

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 matériau superabrasif (PDC) largement supérieures à 0,150 pouce, donnant des DOC potentielles beaucoup pus grandes que celles appliquées typiquement dans les trépans pour formations dures, abrasives.

   Il est également possible de simuler une pointe superabrasive relativement plus profonde ou plus longue sans utiliser uniquement le matériau superabrasif dans la pointe, en configurant une partie centrale de la tige de carbure de sorte à s'étendre dans le matériau superabrasif, la surface de jonction entre le matériau superabrasif et le carbure étant ainsi plus basse (vers la base de la tige) sur l'extérieur de l'élément de coupe et plus haute au centre. 



  Avec une telle configuration, le matériau superabrasif doit évidemment avoir toujours une profondeur ou une épaisseur suffisante pour soutenir et absorber les charges de coupe, plutôt que de transmettre les charges vers le matériau sous-jacent plus souple de la tige. Par suite des valeurs et des directions différentes de l'application des charges aux éléments de coupe d'un dispositif de coupe à molettes, montés dans différentes positions sur les dispositifs de coupe, et de la possibilité de prévoir au moins en partie celles-ci, il peut aussi être possible de configurer un élément de coupe avec une masse superabrasive à orientation directionnelle telle à soutenir des configurations de charge prévues ou démontrées,

   une partie résiduelle substantielle de la pointe débordant de l'élément de coupe étant recouverte d'une enveloppe plus fine pour assurer la résistance à l'abrasion et à l'érosion. 



   Au moins certains des éléments de coupe 33,43 et 53 présentent ou définissent de préférence au moins une arête de coupe destinée à s'engager par cisaillement dans le matériau de la formation du trou de forage. Dans le cadre de la présente description, le   terme"superabrasif"est   synonyme de l'autre terme"superdur"et est destiné à englober, sans limitation, le diamant naturel, les agglomérés compacts de diamant polycristallin (PDC), le nitrure de bore cubique, un quelconque de ces matériaux pouvant aussi être revêtu du même matériau superabrasif ou d'un matériau différent, par exemple par dépôt par vapeur chimique pour produire un élément de coupe superabrasif à revêtement de film.

   Les surfaces de l'élément de coupe peuvent de même être meulées, rodées ou même polies pour avoir une finition de surface extrêmement lisse, par exemple un fini spéculaire, comme décrit dans le brevet US 5447208, au nom de la déposante. Dans une forme de réalisation préférée, les éléments de coupe 33,43 et 53 comprennent des masses superabrasives d'un matériau d'aggloméré compact de diamant polycristallin conventionnel (sans stabilité thermique), formé sur des 

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 corps en forme de tige, généralement cylindriques, en carbure de tungstène cimenté, au cours du procédé de pressage à pression et à température extrêmement élevées, appliqué pour former de tels agglomérés compacts.

   Les masses superabrasives peuvent aussi être formées sous forme d'ébauches cylindriques ou d'une autre forme et façonnées par meulage à décharge électrique (EDG) ou par usinage à décharge électrique (EDM), ces techniques étant bien connues. Les ébauches façonnées peuvent ensuite être brasées en des tiges de carbure appropriées ou en d'autres formes de base, en vue de la fixation sur le dispositif de coupe. 



   Différentes formes de réalisation des éléments de coupe du type rapporté selon la présente invention seront décrites ci-dessous en référence aux dessins des figures 2 à 20. En vue d'une meilleure compréhension et d'une plus grande clarté, les caractéristiques communes de chacune des formes de réalisation des éléments de coupe sont identifiées par des numéros de référence similaires. Chacun des éléments de coupe illustrés englobe par exemple un corps rapporté dur, résistant à la rupture 100, formé de préférence à partir d'un carbure fritté ou à pressage isostatique à chaud, par exemple de carbure de tungstène cimenté.

   Chacun des éléments de coupe selon l'invention comprend en outre une masse superabrasive 102, fixée au corps de l'élément rapporté 100, qui, en cas de saillie d'une surface de l'enveloppe d'un dispositif de coupe, par exemple des dispositifs de coupe 21,23 ou 25, déborde de celle-ci sur une distance suffisante pour assurer une DOC voulue dans la formation devant être forée. Dans le cadre de la présente description, le terme   "superabrasif"englobe   les matériaux cités ci-dessus, et en général les matériaux ayant une dureté supérieure à 2800 sur l'échelle de dureté de Knoop.

   La surface de jonction 104 entre le corps de l'élément rapporté 100 et la masse superabrasive 102 est caractérisée par une limite externe exposée 106, située, au moins dans la direction de la rotation du dispositif de coupe sur lequel est monté l'élément de coupe selon l'invention, au-dessus (en-dehors) de la DOC pour laquelle l'élément de coupe et le trépan sont conçus, compte tenu des caractéristiques de la roche de la formation devant être forée. 



   La figure 2 des dessins illustre un premier élément de coupe de front de taille 150 selon la présente invention. La forme géométrique et la dynamique de l'action de coupe de trépans de forage de terre sort extrêmement complexes, mais on estime que le fonctionnement de l'élément de coupe de front de taille 150 selon la présente invention (devant être 

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 placé comme élément de front de taille 33 dans le trépan de la figure 1) est similaire à celui d'un outil de coupe de métal. Le dispositif de coupe 21 tourne par exemple le long du fond du trou de forage, la surface de front de taille 21g de ce dispositif de coupe 21 contactant la paroi latérale 300 du trou de forage.

   Comme la surface de front de taille 21 contacte la paroi latérale 300 du trou de forage, l'élément de coupe de front de taille en saillie ou l'élément rapporté 150 contacte de même la paroi latérale 300, et l'arête de coupe 152 de l'élément ou de l'élément rapporté 150 coupe par cisaillement dans le matériau de la paroi latérale 300. Le biseau 154, à partir duquel s'étend l'arête de coupe 152, comprend une face de coupe pour l'élément de coupe 150 et sert de surface de coupe ou de surface de rupture de fragments, entraînant une contrainte de cisaillement dans le matériau de la paroi latérale 300 du trou de forage, éliminant ainsi par cisaillement des fragments ou des morceaux du matériau du trou de forage.

   Dans la forme de réalisation de la figure 2, le biseau 154 comprend une surface pratiquement plate ou plane, s'étendant à travers l'élément de coupe 150 et orientée de façon pratiquement transversale à la direction de coupe, l'arête de coupe 152 étant pratiquement linéaire. Le restant de l'élément de coupe 150, débordant au-dessus de la surface de front de taille 21g sur le même plan que le biseau ou la face de coupe 154, comprend un biseau circonférentiel en tronc de cône 158.

   Si la face externe pratiquement plate 156 de l'élément ou de l'élément rapporté 150 reste au moins partiellement en contact avec la paroi latérale 300 du trou de forage, elle est soumise à une usure par abrasion plus importante en service, étant donné qu'une certaine quantité de matériau fin 302 passe à travers la surface de jonction soumise à une contrainte élevée entre l'élément de coupe 150 et la formation. La conception préférée de l'élément rapporté comporte donc l'arête de coupe d'attaque 152, cisaillant la formation, et légèrement plus haute que la face externe plate 156, inclinée à un petit angle de dégagement d'environ 5 degrés par rapport à la surface de front de taille, sans contact notable avec la paroi du trou de forage. 



  Une telle inclinaison peut être réalisée par une orientation angulaire appropriée de l'élément de coupe 150 dans l'enveloppe du dispositif de coupe, ou en fabriquant l'élément de coupe 150 de sorte que la face externe 156 forme un petit angle par rapport à la ligne perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'élément de coupe. 



   La face externe 156 de l'élément de coupe ou de l'élément rapporté 150 devrait s'étendre sur une distance p à partir de la surface de front 

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 de taille 21g au cours des opérations de forage. Une telle saillie améliore le pouvoir d'engagement par cisaillement de l'arête de coupe 152 dans la paroi latérale 300 du trou de forage et établit un espace pour le déplacement du matériau cisaillé vers les côtés de l'élément de coupe 150. 



  Au cours des opérations de forage dans des formations abrasives, la surface de front de taille 21g sera érodée progressivement, accroissant une quelconque distance p correspondant au débordement ou à l'extension de la face externe 56 de la surface de front de taille 21g. Si la face externe 156 s'étend sur une distance largement supérieure à 0,075 pouce de la surface de front de taille 21g, l'élément rapporté ou l'élément 150 peut subir des contraintes de flexion excessives, pouvant entraîner une rupture ou une défaillance prématurée de l'élément de coupe ou de l'élément rapporté 150. La face externe 156 ne devrait donc pas s'étendre sur une distance p importante de la surface de front de taille 21g lors de l'assemblage et avant les opérations de forage.

   La face externe 156 peut se situer au niveau de la surface de front de taille 21g lors de l'assemblage, ou peut s'étendre de préférence sur une distance p minimale de 0,010 pouce, et dans les cas les plus préférés comprise dans l'intervalle allant de 0,015 à 0,060 pouce, pour la majorités des trépans. 



   La dimension de l'arête de coupe 152 et l'orientation du biseau ou de la face de coupe 154 sont importantes pour l'opération de coupe de l'élément de coupe 150. Lors de l'entaille de la paroi latérale 300 du trou de forage, l'angle du biseau 154 définit un angle d'inclinaison a par rapport à une ligne perpendiculaire à la partie de la paroi latérale 300 du trou de forage découpée. Dans les éléments de coupe selon la présente invention, cet angle d'inclinaison a peut aussi être mesuré par rapport à l'axe longitudinal de l'élément de coupe. On estime que l'angle d'inclinaison a devrait être négatif (de sorte que le biseau ou la face de coupe 154 dirige l'arête de coupe 152 dans la direction du déplacement de l'élément de coupe contre la paroi latérale 300 du trou de forage), pour empêcher l'application d'une charge excessive à l'arête de coupe 152.

   Le choix de l'angle d'inclinaison   a   dépend de l'agressivité voulue de l'action de coupe. En présence d'un angle d'inclinaison a élevé, par exemple de 90 degrés, il n'y a pas d'arête de coupe et donc pas d'action de cisaillement ; en présence d'un petit angle d'inclinaison a, par exemple de 0 degré, le biseau ou la face de coupe 154 étant perpendiculaire à la paroi latérale 300 du trou de forage, l'action de cisaillement est maximale pour une face de coupe à inclinaison négative ou neutre, une telle orientation de la face 

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 de coupe étant toutefois accompagnée de l'application d'une charge importante à l'arête de coupe 152, risquant d'entraîner une défaillance prématurée.

   On estime qu'un angle d'inclinaison a négatif intermédiaire, compris dans l'intervalle allant de 15 à 60 degrés, assure un compromis satisfaisant entre l'établissement d'une action de coupe efficace de l'élément de coupe 150 et une durée de service satisfaisante. Des angles d'inclinaison compris dans l'intervalle ci-dessus près des arêtes de coupe sont également estimés appropriés pour les formes de réalisation des éléments de coupe décrits ci-dessous. 



   Comme indiqué ci-dessus, l'élément de coupe de front de taille ou l'élément rapporté 150 englobe un corps 100 et une masse superabrasive 102, avec une surface de jonction 104 entre les deux matériaux ayant une limite exposée 106 sur l'extérieur de l'élément 150. Comme représenté dans la figure 2, la surface de jonction 104 et la limite 106 se situent en outre au-dessous de la surface de front de taille 21g à l'intérieur du corps du dispositif de coupe 21, comme représenté, forcément au-dessus de la DOC de l'élément de coupe 150 contre la paroi latérale 300 du trou de forage. 



   La figure 3 illustre un deuxième élément de coupe de front de taille 160, l'élément 160 englobant également un corps 100, surmonté par une masse superabrasive 102 ayant une profondeur suffisante pour soutenir les contraintes de compression et de traction appliquées au cours du forage. Contrairement à l'élément 150 de la figure 2, l'élément 160 peut comporter une partie en saillie de la masse superabrasive 102 pratiquement symétrique, avec une surface d'arête biseautée 162, s'étendant complètement autour de l'élément de coupe 160.

   La surface d'arête biseautée 162 peut avoir une configuration lisse, continue, en tronc de cône, comme illustrée sur le côté droit de l'élément de coupe 160, ou comprendre une série de méplats biseautés latéralement contigus 164, s'étendant autour de la périphérie de l'élément 160, comme représenté sur le côté gauche, ou comprendre une surface arquée, en partie en tronc de cône 160, et plusieurs méplats dans une partie, une configuration de surface unique et plate/en tronc de cône ayant auparavant été illustrée dans la figure 2. Dans chaque cas, une arête de coupe 182 (faisant face à la direction du déplacement du dispositif de coupe, pratiquement transversale à l'axe de l'élément de coupe 160) se situe au niveau de l'intersection d'une partie de la surface d'arête chanfreinée 162 et de la surface externe plate 166. 



   Les figures 4,5 et 6 illustrent des modifications d'un premier élément de coupe de taille périphérique 170 selon la présente invention, 

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 l'élément 170 englobant un corps rapporté 100 supportant une masse superabrasive 102, la surface de jonction 104 et la limite externe 106 entre les deux étant situées au-dessous d'une surface de taille périphérique 21h d'un dispositif de coupe exemplaire 21. Il faut noter que la surface de jonction 104 est enroulée de sorte à établir une aire de surface plus grande en vue d'établir une surface de jonction plus résistante entre le corps rapporté 100 et la masse superabrasive 102.

   Les enroulements sont en général sinusoïdaux et peuvent s'étendre à travers la surface de jonction sous forme de nervures et de creux parallèles, les nervures et les creux pouvant aussi s'étendre radialement à partir de la zone centrale de l'élément 170 vers la limite 106. L'extérieur de la masse superabrasive 102 est configurée avec deux méplats opposés et mutuellement convergeants 172, agencés à des angles pratiquement similaires par rapport à l'axe longitudinal de l'élément 170, chaque méplat 172 se terminant au niveau d'une nervure ou d'une surface de crête 174 au niveau de l'extrémité la plus externe de l'élément 170.

   La surface de fuite 176 (prise dans la direction du déplacement de l'élément de coupe, axialement vers le centre du trépan, entraîné par un décalage du cône) a une configuration en partie en tronc de cône, la surface d'attaque 178 comportant une face de coupe de cisaillement 180 (appelée ci-dessous et dans les autres formes de réalisation"face de coupe"), avec une arête de coupe 182 au niveau de son extrémité distale ou la plus externe. Le reste de la surface d'attaque 178 peut comprendre deux flancs en partie en tronc de cône 184, agencés des deux côtés de la face de coupe 180. Comme représenté dans les figures 5 et 6, la face de coupe 180 peut avoir différentes configurations, la figure 5 montrant une face de coupe triangulaire 180 et la figure 6 montrant une face de coupe en tronc de cône 180.

   Si le mouvement relatif entre un élément de coupe de taille périphérique 170 et la formation est dû à la traînée circonférentielle entraînée par une forme géométrique non parfaite du cône à molettes, les méplats 172 constituent les faces de coupe et les côtés de la nervure ou de la crête 174 constituent les arêtes de coupe 179. Comme la rangée des éléments de coupe de taille périphérique a normalement un diamètre inférieur au diamètre effectif des molettes, elle tend à être entraînée vers l'avant, entraînant un élément de coupe de taille périphérique 170 à couper avec son côté d'attaque par rapport à la rotation du dispositif de coupe. 



   Les figures 7,8 et 9 illustrent des modifications d'un deuxième élément de coupe de taille périphérique 190 selon la présente invention, 

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 l'élément de coupe ou l'élément rapporté 190 englobant un corps 100 surmonté par une masse superabrasive 102, ayant une surface externe avec une partie externe généralement hémisphérique 192, s'étendant vers une partie cylindrique 194 de diamètre similaire à celui du corps 100. La partie hémisphérique 192 comporte en outre une seule face de coupe 180 comportant une arête de coupe 182 et faisant face à la direction du déplacement axial vers l'intérieur des éléments de coupe de taille périphérique du dispositif de coupe 21, comme représenté dans la figure 8. 



  Elle peut toutefois aussi comporter des faces de coupe latérales 184 avec des arêtes de coupe 185, pour assurer une coupe par cisaillement induite par la traînée circonférentielle, comme représenté dans la figure 9. Il est naturellement possible aussi de former une arête de coupe partiellement linéaire et partiellement non linéaire. Comme représenté dans la figure 7, l'arête de coupe 182 peut être agencée au niveau du sommet de l'élément de coupe 190 ou légèrement au-dessous de celui-ci, de sorte que les charges de concassage appliquées à la masse superabrasive 102 sont soutenues en premier lieu par la surface d'extrémité arrondie, plus grande de la partie hémisphérique 192.

   Comme représenté dans la figure 7, une surface de jonction enroulée 104 est agencée entre le corps 100 et la masse superabrasive 102, comportant une limite 106, ayant une configuration en onde carrée. Comme dans la forme de réalisation ci-dessus, la surface de jonction peut s'étendre de façon linéaire et parallèle, transversalement à travers l'élément de coupe 190, ou radialement à partir d'un point proche du centre de l'élément 190. Dans cette forme de réalisation, la surface de jonction 104 et la limite 106 se situent toutefois bien au-dessus de la surface 21h de l'élément de coupe 21, mais également au-dessus (à l'extérieur) de la DOC projetée, D, de l'élément de coupe 190 dans la formation. 



   La figure 10 montre un premier élément de coupe interne 200. 



  L'élément de coupe 200 englobe une partie en saillie en tronc de cône 202 composée de la masse superabrasive 102, la partie 202 étant contiguë à une partie cylindrique inférieure 204 de diamètre similaire à celui du corps 100. La partie en saillie 202 est recouverte de plusieurs méplats latéralement contigus ou de facettes 206, s'étendant circonférentiellement autour de l'élément 200. Les facettes 206 peuvent être agencées à un angle identique à celui de la paroi latérale de la partie 202 ou peuvent être agencées à des angles supérieurs ou inférieurs, en fonction de l'inclinaison arrière désirée de la coupe du type à cisaillement et des 

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 exigences concernant des arêtes de coupe durables.

   La partie supérieure de l'élément 200 comprend un méplat de support 207, entouré par les facettes 206, établissant (dans toutes les directions du déplacement entre l'élément de coupe 200 et la formation) des faces de coupe 180, définissant des arêtes de coupe 182 au niveau des limites entre les facettes 206 et le méplat 207. On utilise certes le terme"méplat", mais la surface 207 peut présenter aussi une saillie légèrement concave au-dessus des facettes 206. 



  Il faut noter aussi que la surface de jonction 204 comprend une partie annulaire à extension radiale 208, entourant une saillie centrale 210 du corps 100 dans la masse superabrasive 102. Tout en conservant le matériau superabrasif et en exposant la masse 1023 à des contraintes de compression bénéfiques après le procédé de fabrication à température élevée, résultant de différents coefficients de dilatation thermique (CTE) des deux matériaux, la saillie 210 a malgré tout une épaisseur suffisante de matériau superabrasif, de sorte qu'elle est en mesure de supporter les contraintes de compression et les contraintes de traction de sous-surface.

   Il faut noter aussi que la saillie 210 peut être décalée latéralement par rapport à l'axe de l'élément de coupe 200 pour assurer une profondeur additionnelle de la masse superabrasive en direction d'un côté correspondant. La limite 106 entre la masse superabrasive 102 et le corps 100 se situe au-dessus de la surface interne 21i du dispositif de coupe 21, mais également au-dessus (en-dehors) de la DOC prévue, ou du débordement de l'élément de coupe 200 dans la formation au cours du forage. La profondeur totale de la coupe est donc établie par le matériau superabrasif. 



   Le deuxième élément de coupe interne 220, représenté dans les figures 11 et 12, est similaire à l'élément 200, mais établit une série de méplats ou de facettes à extension longitudinale 222 sur la surface d'attaque de l'élément de coupe 220, prise dans la direction radialement interne et circonférentielle du déplacement de la rangée interne des éléments de coupe 53 sur le dispositif de coupe 21. Chaque facette 222 comprend une partie d'une face de coupe 180 et comporte une arête de coupe 182 au niveau de son extrémité la plus externe, la surface de fuite 224 de l'élément 220 ayant une configuration en tronc de cône et   l'extrémité la plus   externe de l'élément 220 comprenant un méplat de support 22, destiné à soutenir les charges de compression.

   Comme indiqué ci-dessus en référence à la surface 207, la surface 226 peut être vraiment plane ou arrondie. La surface de jonction 104 et la limite 106 sur l'élément de coupe 220, comme représenté, 

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 se situent dans un seul plan radial et sont agencées au-dessous de la surface interne 21i du dispositif de coupe 21, mais, comme dans le cas de l'élément de coupe 200 de la figure 10, le matériau du corps de l'élément rapporté peut déborder vers l'intérieur de la masse superabrasive. 



   La figure 13 illustre un autre élément de coupe de taille périphérique 240, similaire à celui des figures 7 à 9, établissant une face de coupe similaire 180, mais comportant une saillie 242 du corps 100 dans la masse superabrasive 102, la saillie 242 englobant une cavité 244 s'étendant dans celle-ci sur le côté d'attaque de l'élément 240, et une surface en partie hémisphérique 246 sur le côté de fuite. Cette configuration assure une partie de masse superabrasive suffisamment épaisse ou profonde 248 sur le côté d'attaque de l'élément 240, soumis à de fortes contraintes, et une partie d'enveloppe superabrasive plus fine 250 sur les côtés hémisphériques 252 et 254 de l'élément 240. 



   La figure 14 illustre un autre élément de coupe 260, configuré pour l'application de charges de compression élevées et englobant une saillie 262 du corps 100 dans la masse superabrasive 102. Contrairement à la saillie 242, la saillie 262 englobe un évidement annulaire 264 pour établir une profondeur additionnelle de la masse superabrasive le long de la périphérie d'extrémité de la saillie 262 dans la masse superabrasive 102. L'extérieur 266 de la saillie 262 suit la forme externe généralement conique 270 de la masse 102, établissant ainsi une enveloppe relativement plus fine 272 du matériau superabrasif autour de la périphérie latérale de l'élément de coupe 260.

   Dans certaines applications, pour établir une profondeur additionnelle du matériau superabrasif, en alignement avec l'axe longitudinal d l'élément de coupe 260, il est possible d'incorporer si nécessaire un évidement axial ou une cavité 268 (représenté par des tirets), s'étendant dans la saillie 262 et rempli d'une partie de la masse superabrasive 102 de l'élément de coupe 260. 



   La figure 15 illustre un élément de coupe 280 comportant plusieurs chanfreins arqués contigus 284,286 et 288 à des angles croissants par rapport à l'axe longitudinal de l'élément de coupe 280. Le chanfrein le plus bas 284 est contigu à la surface cylindrique 282, immédiatement audessus de la surface de jonction 104 et de la limite 106 par rapport au corps 100. Les angles des chanfreins 284,286 et 288 peuvent être sélectionnés pour se rapprocher ou bien d'un nez"en bille"ou bien d'un nez"en cône"sur l'élément de coupe 280, les parties d'attaque des chanfreins comprenant des surfaces de coupe 180 dans cette forme de 

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 réalisation omnidirectionnelle de l'invention. Dans cette forme de réalisation, la surface de jonction 104 et la limite 106 se situent sur un seul plan radial. 



   Les figures 16 et 17 sont respectivement une vue de profil et une vue latérale d'un élément de coupe en forme de ciseau 300 selon l'invention, la masse superabrasive 102 englobant deux méplats à angles convergeants 302 se terminant au niveau de la nervure ou de la crête 304, pratiquement transversale à l'axe longitudinal de l'élément de coupe 300. Dans cette forme de réalisation, les surfaces d'attaque et de fuite 306 et 308 sont aussi pratiquement planes. Le corps 100 déborde dans la masse 102, comme représenté par le numéro de référence 310. 



   Les figures 18 et 19 sont respectivement une vue de profil et une vue latérale d'un autre élément de coupe en forme de ciseau 320 selon l'invention. L'élément de coupe 320 englobe une surface de jonction enroulée 104 et une limite 106 entre la masse superabrasive 102 et le corps en carbure 100, et il faut noter en outre que la limite et la surface de jonction se situent pratiquement au-dessus de l'enveloppe de l'élément de coupe 21 et également au-dessus de la DOC, D, de l'élément de coupe 320. 



  Dans ce cas particulier, la surface de jonction 104 est illustrée sous forme d'une série de nervures mutuellement parallèles et de creux interposés, la surface de jonction enroulée 104 pouvant toutefois aussi comprendre des nervures et des creux à extension radiale. La direction des nervures parallèles et des creux pourrait aussi être tournée de 90 degrés (ou d'un angle différent, en fonction des besoins) par rapport à l'orientation illustrée dans cette forme de réalisation ou dans d'autres formes de réalisation de l'élément de coupe selon l'invention, sensible à l'intensité prévue de la charge appliquée, à la direction et à l'application probables de la charge,

   l'orientation sélectionnée étant de préférence une orientation dans laquelle les contraintes résiduelles résidant dans la zone de la surface de jonction risquent d'être néfastes en cas d'application d'une charge. 



   La figure 20 est une vue latérale d'une autre forme de réalisation 340 de l'élément de coupe selon l'invention, dans laquelle la surface de jonction 104 et la limite 106 entre la masse superabrasive 102 et le corps de l'élément d'insertion 100 sont en-dehors de la DOC, D, sur la face d'attaque 342 (comme indiqué par la flèche montrant la direction de rotation du dispositif de coupe 21) et les flancs 344 de l'élément de coupe 

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 340, et sont dans le cadre de la DOC sur la face de fuite relativement protégée 346. 



   Les hommes de métier comprendront que la présente invention fournit un élément de coupe, pouvant avoir différentes formes de réalisation, présentant des caractéristiques extrêmement robustes, pouvant être configuré à l'extérieur et à l'intérieur de sorte à résister à des types et des valeurs spécifiques de contraintes auxquelles un élément de coupe particulier peut être exposé en fonction de son emplacement sur un trépan de forage à molettes.

   En ce qui concerne l'application de charges aux éléments de coupe et la nature autoportante de la masse superabrasive utilisée, on estime que la profondeur ou l'épaisseur de la masse superabrasive, en ligne avec la charge de compression, devrait représenter au moins environ un quart (1/4) du diamètre de l'élément de coupe, pour assurer que c'est le matériau superabrasif et non pas le carbure ou un autre métal sous-jacent du corps rapporté, qui soutient la charge appliquée à l'élément de coupe, de sorte à empêcher l'affaissement ci-dessus du corps de l'élément d'insertion et l'endommagement résultant de la masse superabrasive.

   En d'autres termes, dans la mesure où les caractéristiques d'application de charge d'un élément de coupe particulier peuvent être prévues, la surface de jonction entre le corps de l'élément rapporté et la masse superabrasive peut être conçue de sorte à assurer de préférence la profondeur requise du matériau superabrasif dans les zones à contrainte élevée, l'épaisseur ou la profondeur du matériau superabrasif pouvant être réduite au minimum dans les autres zones.

   Globalement, et en référence particulière aux éléments de coupe selon la présente invention, plutôt qu'en référence spécifique aux éléments dont le diamètre et l'emplacement sur un dispositif de coupe peut affecter le paramètre de la profondeur du matériau superabrasif, il peut être en général indiqué de prévoir une profondeur du matériau superabrasif, orientée comme indiqué ci-dessus, supérieure à environ 0,040 pouce. La profondeur peut évidemment être supérieure dans des cas englobant l'application de charges plus importantes et des formations de roche plus dures. 



   L'étendue de la saillie de la masse superabrasive des éléments de coupe selon l'invention au-dessus de la surface du dispositif de coupe ou de"l'enveloppe de cône", dans le cadre des paramètres de la présente invention, est en outre forcément variable, dépendant au moins en partie de l'emplacement de l'élément de coupe (de front de taille, de taille périphérique ou de rangée interne) et au moins en partie des 

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 caractéristiques, par exemple de la dureté et de l'abrasion de la formation ou des formations que le trépan doit percer au cours des opérations de forage.

   Comme la plupart des trépans ne sont pas destinés à une efficacité maximale spécifique à un seul type de roche, il faudra forcément faire un compromis pour un quelconque trépan et élément de coupe pour assurer une performance appropriée, sinon optimale, au cours du forage d'un intervalle. 



  Pour les éléments de coupe de front de taille, assurant en continu une coupe par cisaillement par suite de leur position unique sur le dispositif de coupe, la saillie du matériau superabrasif de   l'élément   de coupe devrait toutefois représenter environ le double de l'espace minimal entre la surface de front de taille et la paroi du trou de forage pour permettre une usure des éléments rapportés de taille périphérique et de l'acier du cône, accroissant la DOC prévue et l'exposition des éléments de coupe de front de taille. Les valeurs typiques d'un espace minimal entre la surface de front de taille et le trou de forage sont comprises dans un intervalle allant d'environ 0,015 à environ 0,06 pouce.

   Un intervalle approprié de la saillie de la masse superabrasive pour un élément de taille périphérique est compris entre environ 0, 100 et environ 0,200 pouce, tandis qu'un élément de coupe de rangée interne peut avoir un intervalle de saillie exemplaire typique allant d'environ 0,150 à environ 0,300 pouce. Des variations de la taille du trépan et des caractéristiques de la formation peuvent dans certains cas exiger des intervalles de saillie différents de ceux indiqués ci-dessus, l'invention n'étant donc pas limitée à ceux-ci. Comme indiqué ci-dessus, la saillie du matériau superabrasif ne doit pas forcément s'étendre sur tous les côtés d'un élément rapporté, mais peut être focalisée dans les directions prévues du déplacement de l'élément de coupe, en fonction de l'emplacement de l'élément rapporté spécifique.

   Le terme"saillie du matériau   superabrasif"n'exige   pas forcément que le matériau superabrasif déborde sur l'ensemble de la distance entre l'enveloppe du dispositif de coupe et la pointe externe de l'élément de coupe, à condition que la limite exposée entre le matériau superabrasif et le corps rapporté se situe en-dehors de la DOC. 



   Au cours des opérations de forage, le trépan 11 est tourné et les dispositifs de coupe 21,23, 25 roulent et glissent au-dessus du fond du trou de forage, les éléments de coupe selon l'invention décrits ci-dessus concassant, entaillant et raclant ou cisaillant le matériau de la formation. Lorsque les éléments de coupe s'engagent dans la formation, les faces de coupe superabrasives, par exemple les faces 154 et 180, ainsi que 

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 les arêtes de coupe, par exemple les arêtes de coupe 52 et 182 sur le rangées de front de taille et de taille périphérique raclent et cisaillent le matériau de la formation sur la paroi latérale et dans le coin du trou de forage.

   Les masses superabrasives 102 des éléments de coupe ont une profondeur ou épaisseur suffisante, de préférence au moins dans une direction de l'application prévue de la charge, pour soutenir ces charges de manière autoportante, de sorte que le matériau sous-jacent des corps rapportés ne s'affaisse pas lors de l'application d'une charge. Les surfaces externes superabrasives des éléments de coupe selon l'invention assurent en outre une protection élevée contre l'usure par abrasion et érosion, allongeant la durée de vie utile des éléments de coupe. Les corps des éléments de coupe composés de carbure métallique résistant à la rupture ont à leur tour une résistance et une rigidité suffisantes pour fixer les éléments de coupe aux dispositifs de coupe lors des opérations d'application de charge et de forage cycliques, sans perte, fissuration ou rupture.

   Les éléments de coupe sur les rangées internes des dispositifs de coupe induisent en outre une rupture et une défaillance par cisaillement et concassage, les faces de coupe 180 et les arêtes de coupe 182 cisaillant le matériau de la formation, tandis que la masse profonde, autoportante du matériau superabrasif soutient les charges de compression appliquées aux éléments de coupe sans affaissement, le carbure métallique sous-jacent des corps rapportés fixant les éléments de coupe aux dispositifs de coupe étant résistant à une perte prématurée ainsi qu'à une fissuration ou une rupture. 



   On comprendra en outre que   l'i ntégri té de 1 a masse superabras ive,   par suite de sa profondeur ou de son épaisseur, et de la nature autoportante qui en résulte (au moins dans les directions d'application des charges maximales) empêche son écaillage, sa rupture ou une élimination du corps rapporté, contrairement aux revêtements ou gaines superabrasifs relativement fins des éléments rapportés de la technique antérieure, exposés à une contrainte de réaction par suite d'un affaissement localisé du carbure au-dessous d'une partie du revêtement ou de la gaine. Même en présence de contraintes de contact, supérieures à la limite d'élasticité du matériau du corps (typiquement du carbure de tungstène, comme indiqué ci-dessus), la masse superabrasive maintiendra ainsi son intégrité. 



   La présente invention a certes été décrite en référence à certaines formes de réalisation préférées et illustrées, mais elle n'y est pas limitée, et les hommes de métier comprendront que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux formes de réalisation décrites, 

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 des combinaisons de différentes caractéristiques de différentes formes de réalisation pouvant aussi être faites, sans se départir de l'objectif de l'invention, défini dans les revendications.



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   ADDED ELEMENTS WITH SUPERABRASIVE TIP FOR EARTH BORE BORING REFERENCES TO RELATED REQUESTS
The present application is a partial continuation of the US patent application, no. 08/468215, filed June 6, 1995, still pending, constituting a continuation of the application, no. 08/300502, filed September 2, 1994, currently constituting US Patent 5,467,836, which is a partial continuation of the application, no. 08/169880, filed December 17, 1993, currently constituting US Patent 5,346,026, which is a partial continuation of the application, no. 08/830130, filed January 31, 1992, currently constituting US Patent 5,278,936.

   This application is also a partial continuation of the US patent application, no. 08/695509, filed August 12, 1996, still pending, constituting a partial continuation of the application, no. 08/468692, filed June 6, 1995, currently constituting US Patent 5,592,995. The content of each of the above patents and patent applications in the name of the applicant is incorporated herein by reference.



  TECHNICAL AREA
The present invention relates to drill bits for drilling underground formations and more specifically to rotary drill bits (also called "tri-cone" or "rock" drill bits) and cutting elements of the attached type, with superabrasive point, intended to be used on devices for cutting such bits.



  PRIOR ART
The development of rotary drilling techniques has facilitated the discovery and development of deep oil and gas reserves,
 EMI1.1
 first in the United States and then worldwide. The tricone bit with a wheel cutter device (sometimes also called "wheel cone" in the present application) constituted a notable advance in the context of drilling techniques, since drilling less hard, less deep formations on a commercially defensible basis has only been possible before with prior equipment of cable tools and primitive blade cutters with metal cutting devices. The roller bit invented by Howard R.

   Hughes, described in US Patent 939,759, was able to drill hard overhanging strata in the famous "Spindletop field" near Beaumont, Texas, having thus revolutionized the

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 oil and gas drilling. The current drill bits with rollers or with a cutter with rollers have significantly improved penetration speeds and have a much longer lifespan, beyond different formation intervals, than the original drill bits from Hughes, thanks to the improvement of designs and materials, achieved over many decades. The basic principles of drilling with rotary cutters, however, remain the same, although they are much better understood today than at the time of the original development of this type of drill bit.



   Roller drill bits generally use cutting elements on cones or cutting devices to induce high contact stresses in the formation being drilled, when the cutting devices roll on the bottom of the borehole during a drilling operation. These stresses cause the rock of the formation to fail during drilling, causing the formation to disintegrate and penetrate. In the context of conventional drill bit designs, the drill bit cutters rotate or roll around axes inclined with respect to the geometric axis or rotation of the drill bit itself, by driving through the drill string.

   The axes of rotation of the cutter wheels are in fact arranged at a substantial angle relative to the axis of the drill bit, extending downward and inward of the branch of the drill bit adjacent to the outer perimeter of the drill bit, in the direction of the center line of the drill bit, the conical shape of most conventional cutting devices being adapted to the axes of the cutting devices, causing several toothed or pressure-adjusted inserts which form an integral part thereof (in general "the elements of cutting "), projecting outward from the outside of the cutting device, to engage in formation along the contact lines extending from the outer base or the peripheral size surface of each envelope of the cutting device cut, inward,

   towards the center line of the drill bit. The cutting elements are typically arranged in multiple rows, substantially parallel, generally circumferential around the outside of the cutting device, arrangements with spiral cutting elements and of different configuration being, however, also known in the art. Cutting elements are also arranged around the lower periphery of the cones of the cutting devices, generally called cutting face surface, additional cutting elements or

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 scraper elements which can be arranged along the intersection of the cutting face surface and the peripheral cutting surface of the cutting device.



   As a result of the design of the drill bit, described briefly above, and as a result of variations in the material of the formation, as well as the weight applied to the drill bit (W08), the torque and the speed of rotation, transmitted to the drill bit through the drill string, a cutting device does not necessarily roll or rotate only above the bottom of the borehole, the movement between the cutting elements and the formation being reduced or zero, but it also slides against the material of the formation as a result of the offset of the axis of the cutting device with respect to a radial plane and variations with respect to a cutting device of geometric shape with real bearing, perfectly conical. Such slippage can also be caused by the precession of the drill bit around its midline.



  The incidence of slippage may also be of particular importance during directional drilling operations, in which the drill bit is oriented so as to drill a path which does not completely coincide with its center line, due to the influence of eccentric stabilizers, curved bases, curved boxes, or other passive or fixed steering elements, or active steering mechanisms (arms, buffers, adjustable stabilizers, etc.), included in the assembly of the well hole. Such sliding results in a notch or scraping of the formation by the cutter elements of the drill bit, providing a different, though unintended, cutting mode in addition to the above crushing process.



   A generic term for cutting or scraping sliding cutting elements, removing material from the formation, is the term "shear type cutting", constituting the primary mode of cutting in bits with a fixed cutting device or blade drill bits, in which non-movable cutting elements, often comprising cutting tables or projecting teeth, made of superabrasive materials, with high wear resistance, cut fragments or even elongated strips of material training during drilling. The existence of a shear type cut in roller cutters, although recognized, has not been widely developed in the art, however.

   US patents 5,282,512; 5341890 and 5592995, as well as the parallel US patent application, no. 08/695509, filed August 12, 1996 and on behalf of the applicant, describe cutting elements including design features for cutting by

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 shear for use on roller cone cutters. Each of the above patents and the application describe the use of a separate, relatively small, preformed diamond element supported on the outside of the metal insert or arranged in a corresponding cavity or recess, typically composed of carbide, for example cemented tungsten carbide (WC).

   The parts of the metal insert of these cutting elements form a majority of the external surface of the inserts exposed to the formation, drilling fluid and debris from the formation.



   Another approach to forming superabrasive cutting elements of the insert type has been to form a sheath or coating of superabrasive material (diamond) over a WC insert, other metals and alloys also having been used in the art. US patents 4,604,106; 5045092; 5145245; 5161627; 5304342; 5335738; 5,379,854; 5544713 and 5499688, as well as the parallel patent application, no. 08/633983, filed April 17, 1996, describe such inserts with sheath or coating.

   Some of these patents also describe the use of separate, relatively small diamond elements, arranged or formed in recesses in the surface of an insert, such elements being either exposed inside the insert or well covered with a sheath or diamond coating. US Patent 4109737 describes the use of a thin layer of compact polycrystalline diamond agglomerate on the end of a rod-type cutting element, intended for use on blade drill bits.



   A still different approach concerning a superabrasive cutting element of the type reported for rotary drill bits has been described in US Patents 5,159,857; 5173090; and 5248006. These patents have a radically different approach with regard to superabrasive inserts, using a compact agglomerated core of polycrystalline diamond formed at high pressure and temperature, surrounded by a hard, relatively thin, tubular metal sheath, and comprising in some cases an integral base or a floor of the same metal, forming a cup-shaped structure, filled with diamond. The metal sheath is initially formed with an excessive wall thickness, so that the insert can be machined with a desired diameter for insertion into a rotary cutter.



   In an insert composed essentially of metal and comprising only small separate diamond elements which are arranged therein

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 At one or two selected locations, the intensities and orientation of the load applied to the cutting device and to the insert must be precisely forecasted to ensure correct positioning and orientation of the diamond elements. In some cases, the metallic insert and the separate diamond elements are further preformed separately and require subsequent mutual fixing by brazing or other metallurgical bonding techniques.



   In an insert having only a superabrasive (diamond) sheath, the material of the underlying metal rod ultimately supports the load applied to the insert during drilling, whether this is the application of a load of the compression type, for which the added elements have been essentially designed, or else the application of a load of the shear type, mentioned above. The diamond sheath can thus itself be subjected to a tensile stress, in the presence of which it is very low and has a remarkably low stress failure ratio, as a result of a subsidence of the underlying metal tip. Sagging tip material can cause cracking, flaking, breakage, or delamination of the tip diamond sheath.

   From another point of view, the stress gradient in a thin sheath or diamond casing is extremely high, causing early failure if support is not provided by a material of equal stiffness. Thermal stress can also aggravate the above problems. Shear forces can also apply tensile stress to the diamond / metal junction surface (already subjected to residual stress since manufacture), again causing degradation of the diamond sheath or of its connection with the rod.



   The inserts with a diamond core comprising only a metal casing or sheath surrounding the diamond mass, extending practically along the length of the insert, do not suffer in the same way from deterioration induced by the application of loads as the inserts with diamond sheath, since the material of the diamond core absorbs the applied loads itself, such inserts cannot however normally support the impact or the high stress applied on the superabrasive tip, without cracking of the metal casing or sheath, frequently resulting in loss of the insert from the cutting device.

   The diamond core inserts also require a large volume of diamond particles

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 expensive to form the diamond core, the process for forming such diamond core cutting elements giving a very reduced number of parts during each operation of the diamond press.



   It has been envisaged to produce a diamond cutting element for a blade drill bit, with a practically superabrasive structure, as described in the parallel US patent applications and in the name of the applicant, no. 08/602076 and US patent application no. 08/602050, both filed on February 15, 1996 and incorporated here for reference. However, only fairly generalized developments have been described with regard to the concept of formation of the added elements of the cutting wheel cutter in terms of specific internal and external structure, or with regard to the mounting of the added elements in the cutting device. even with knobs.



   There is therefore always a demand for superabrasive cutting elements of the attached type, efficient and robust, which can be used on drill bits of the type with cutter cutting devices, which can be produced efficiently and economically, using known manufacturing, and can be mounted on a rotary cutter in a manner minimizing the risk of loss or damage of the cutting element during operation.



  DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention provides a superabrasive cutting element of the attached type intended for use in rotary cutter bits, such a cutting element supporting the load applied to the cutting element through the self-supporting mass of the superabrasive material, constituting at least one substantial part of the exposed external surface of the cutting element, projecting above the surface of the cutting device shell, the cutting element being fixed in an opening in the surface of the cutting device shell cut by a fracture resistant material, preferably comprising a cemented metal carbide rod arranged below the superabrasive mass.

   This design is clearly different from that of the prior art, described above, in which only a surface diamond casing is arranged above a metal rod body with load support, a separate diamond element being formed or fixed on such a rod body, a combination of the above two characteristics being used, or with the use of a

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 add-on element with diamond core comprising only a thin metal sheath, cylindrical and tubular which surrounds it.

   The mass of the superabrasive material, used in the cutting elements according to the present invention, specifically composes a substantial part of the projecting end of the cutting element engaging in the formation during the forming operations, and is supported by '' below in the envelope of the cutting device by the carbide resistant to breakage.

   The mass of superabrasive material has sufficient depth, at least in the direction or directions of the anticipated application of the predominant loads to the cutting element (varying depending on the location of the cutting element and depending on whether it is a cutting face, size, peripheral or internal row) to support such an applied load, of sufficient intensity to cause the underlying carbide material to collapse, without causing rupture, flaking or delamination of the superabrasive material.



   Another advantageous feature of the present invention relates to the cooperation configuration of the cutting element and its corresponding receiving opening in the rotary cutter, to ensure that any junction surface between the superabrasive mass and the body of the stem, particularly in the direction of movement of the cutting element against the formation, and flanking it, is arranged above (i.e. outside) the depth of the cut (DOC ) performed by the element reported in the training. In one embodiment, the exposed surface of superabrasive material / metal is located below the surface of the casing of the cutting device after fixing the rod or the body of the insert of the element. cut in the envelope of the cutting device.

   The region subjected to relatively high stresses surrounding the limit between the metal and the superabrasive material of the cutting element is thus vertically offset from the shear stresses produced by the contact of the insert with the formation. When the exposed external boundary of the joining surface is further hollowed out in the casing of the cutting device, it is largely protected from the erosive and abrasive environment in the borehole.



   Another characteristic of the invention relates to the power to configure the superabrasive mass so as to present or define at least one cutting edge, engaging in the formation during drilling, as part of a cutting action of the shear type, and to support

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 preferably the charges coming from the cutting of the shearing and crushing type.



   In the preferred embodiment of the present invention, the superabrasive material used comprises a compact polycrystalline diamond (PDC) agglomerate, the support rod or the attached body constituting the residual part being composed of cemented tungsten carbide, and the element cutting means being adjusted by clamping (ie by pressing), soldering or otherwise in an opening of suitable depth in the surface of the casing of the cutting device.



  BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Figure 1 is a perspective view of a drill bit for drilling underground formations according to the present invention; Figure 2 is a side elevation partly in section of a first face cutting element according to the invention; Figure 3 is a side elevation partly in section of a second face cutting element according to the invention; Figure 4 is a side elevation partly in section of a first cutting element of peripheral size according to the invention; Figure 5 is an elevation from above of a first modified external topographic configuration of the cutting element of Figure 4; Figure 6 is an elevation from above of a second modified external topographic configuration of the cutting element of Figure 4;

   Figure 7 is a side elevation partly in section of a second cutting element of peripheral size according to the invention; Figure 8 is an elevation from above of an external topographic configuration of the cutting element of Figure 7; Figure 9 is an elevation from above of a first modified external topographic configuration of the cutting element of Figure 7; Figure 10 is a side elevation partly in section of a second internal cutting element according to the present invention; Figure 11 is a side elevation partly in section of a second internal cutting element according to the invention; Figure 12 is an elevation from above of an external topographic configuration of the cutting element of Figure 11;

   

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 FIG. 13 is a side elevation of a cutting element of peripheral size according to the invention, showing a part of the body of the insert element projecting into the superabrasive tip and configured so as to provide a self-supporting superabrasive mass against the application lateral load; FIG. 14 is a side elevation of a cutting element according to the invention, showing a part of the added body projecting into your superabrasive tip and configured so as to provide an improved self-supporting superabrasive mass in selected zones against the loads applied to the superabrasive tip of the cutting element;

   FIG. 15 is a side elevation of a cutting element according to the invention, the cutting element encompassing a series of arcuate chamfers, contiguous on an external surface of the superabrasive mass; Figures 16 and 17 are respectively a side view and a side view of a scissor-shaped cutting element including a projection of the body reported in the superabrasive mass; Figures 18 and 19 are respectively a side view and a side view of a scissor-shaped cutting element comprising a junction surface between the superabrasive mass located above the surface of the cutting device and the cylindrical part of the cutting element;

   and FIG. 20 is a side view of a cutting element according to the invention, in which the junction surface between the superabrasive mass and the body of the insert is located below the depth of cut on the face leading edge and sides of the cutting element and above the cutting depth on the trailing face.



  BEST MODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Different views of the drawings, in particular FIG. 1, show a drill bit according to the present invention. The drill bit 11 includes a drill bit body 13, including a threaded rod 15 at its upper end, intended to be connected to a drill string, this being well known in the art. Each branch or section of the bit 11 comprises a lubrication compensator 17, a corresponding preferred embodiment being described in US Pat. No. 4,276,946, in the name of Millsaps. At least one nozzle 19 is arranged in the body of the drill bit 13 to direct drilling fluid received from the interior of the drill string, to cool and lubricate the cutting action of the drill bit 11, and to remove the cut material from the training during drilling.

   Three

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 Cutting devices 21, 23 and 25, generally having a conical external configuration, are each fixed by rotation to a support shaft associated with each branch of the drill bit body 13 and projecting from it. Each cutting device 21, 23, 25 has an outer envelope surface of the cutting device, encompassing a size front surface 31 and a peripheral size surface 41.



   Several cutting elements, in the form of rod-shaped inserts, are arranged in generally circumferential rows extending around each cutting device 21,23, 25. The cutting edge surface 31 of each cutting device supports a row of size 33 cutting elements, a peripheral size surface 41 of each cutting device, cutting the size 31 cutting surface of this cutting device, supporting at least one row of cutting elements of peripheral size 43.

   In certain applications, it is preferable that at least one scraping cutting element 51 is fixed to each surface of the casing of the cutting device, in the general location of the intersection between the cutting face surfaces and peripheral size, 31 and 41, between a pair of peripheral size cutting elements 43.



   The external part of the cutting structure of each cutting device, comprising cutting elements of peripheral size 43, cutting elements of front size 33, and a second cutting structure in the form of at least one cutting element scraper 51, crushes and scrapes the formation material at the corner and the side wall of the borehole, during the rolling and sliding of the cutting devices 21, 23,25 through the formation material at the level bottom of the borehole, during the rotation of the drill bit II in the presence of the applied torque and the WOB. The projecting ends of the peripheral size cutting elements 43 provide the first cutting action, assisted in a secondary manner by the scraping cutting elements 51.

   When the outermost surfaces of the cutting elements of peripheral size 43 wear out, the cutting face cutting elements 33 contact the side wall of the borehole and engage therein to maintain the diameter of spacing. The cutting elements 53 arranged in generally circumferential rows, radially inward of the rows of cutting elements of peripheral size 43, are called internal cutting elements, several rows of such internal cutting elements 53 being arranged on each device. section 21, 23, 25.

   Each device

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 cutting 21,23, 25 thus typically includes a row or a ring of cutting face elements of size 33, one or more rows or rings of cutting elements of peripheral size 43 and one or more rows or rings of internal cutting elements 53.



   The strength and wear resistance as well as the cutting efficiency of the size 33 cutting elements, peripheral size 43 cutting elements and internal cutting elements, extending a substantial distance towards the outside from the surfaces of the envelope of the cutting device, are improved by forming a substantial part of these external ends or protrusions of the elements 33, 43 and 53 from a self-supporting mass of superabrasive material, structured so as to crush effectively forming with such a superabrasive mass, in the presence of an extreme compressive stress.



  High tensile stresses of sub-surface or internal induced in the cutting elements by extreme contact stresses can thus be absorbed by the mass of superabrasive material with high resistance. The superabrasive mass preferably exceeds by at least ten percent the volume of the working tip of the cutting element, the term "working tip" being defined as corresponding to the part of the cutting element intended for s '' engage in training. The use of a relatively large superabrasive mass also improves the heat transfer between the zone of engagement of the cutting element in the formation, superabrasive materials such as diamond ensuring a heat transfer far greater than that of carbides.



   The stress at the junction surface between the superabrasive material and the body of the insert of the cutting elements according to the invention, using a self-supporting mass of superabrasive material, is much lower than that existing in the case of use envelopes or thin diamond sheaths according to the prior art. The self-supporting superabrasive mass of the cutting elements according to the invention prevents the superimposition of a high stress produced in service (during drilling) on the high residual stress from manufacturing, located in the region of the junction surface.

   The use of a single unitary superabrasive material to absorb the cutting loads is also advantageous and makes it possible to eliminate the need to support such loads with the significantly lower modulus of elasticity of the material adjacent to the underlying carbide existing in the superabrasive "envelope" type cutting element, eliminating the need for

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 using several layers of diamond and / or carbide to gradually change the modulus between the outside and the core of the cutting element.



   In addition, contrary to the conventional opinion, shared by the manufacturers of synthetic diamonds, claiming that a thicker table or diamond mass is less durable than a fine table, the inventors have discovered that this is not the case. , provided that the thicker table or mass is manufactured with an integrity comparable to that of a thinner table or mass.

   The inventors have also demonstrated, again contrary to conventional instructions in the art, that the superabrasive inserts can satisfactorily support the application of a lateral load (ie practically transverse to the longitudinal axis of the 'shank type cutting element), without significant degradation, so as to be effective in a shear type cutting in the presence of such a load, provided that the depth of the superabrasive material entering the formation is equal or greater depth of cut (DOC) in the formation. Insofar as the DOC exceeds the depth of the diamond / carbide junction surface, there can however be a rapid delamination of the diamond from the carbide.



   As a typical DOC for a rotary drill bit (depending on the strength of the formation and application), is normally in the range of about 0.010 to about 0.150 inch, and is now known in the art. technique of making diamond "tables" on the ends of carbide cylinders with a thickness approaching at least 0.150 inch for a cutting element of a blade drill bit (in which a cutting edge of a cutting face two-dimensional oriented transversely to the longitudinal axis of the cylinder is arranged with a negative rearward inclination relative to the formation for shearing the material thereof), a cutting element of rotary drill bit with a point or a self-supporting superabrasive cap can thus be produced economically,

   with for example a distance of 0.150 inch between the superabrasive material / metal junction surface and the tip of the superabrasive mass, allowing, as indicated above, to offset the junction surface of the DOC, and if necessary, to hollow out or to hide the diamond / metal junction surface below the edge of the opening in the casing of the cutting device in which the cutting element is fixed. Appropriate controls of the sintering (pressing) processes during the manufacture of the superabrasive material and an annealing after pressing further making it possible to obtain depths of the mass of the

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 superabrasive material (PDC) largely greater than 0.150 inch, giving potential DOCs much larger than those typically applied in drill bits for hard, abrasive formations.

   It is also possible to simulate a relatively deeper or longer superabrasive tip without using only the superabrasive material in the tip, by configuring a central part of the carbide rod so as to extend into the superabrasive material, the junction surface between the superabrasive material and the carbide thus being lower (towards the base of the rod) on the outside of the cutting element and higher in the center.



  With such a configuration, the superabrasive material must obviously always have a depth or a thickness sufficient to support and absorb the cutting loads, rather than transmitting the loads to the more flexible underlying material of the rod. As a result of the different values and directions of the application of the loads to the cutting elements of a rotary cutter, mounted in different positions on the cutting devices, and the possibility of providing at least partially these , it may also be possible to configure a cutting element with a superabrasive mass with directional orientation such as to support planned or demonstrated load configurations,

   a substantial residual part of the tip projecting from the cutting element being covered with a finer envelope to ensure resistance to abrasion and erosion.



   At least some of the cutting elements 33, 43 and 53 preferably have or define at least one cutting edge intended to engage by shearing in the material of the formation of the borehole. In the context of the present description, the term "superabrasive" is synonymous with the other term "superhard" and is intended to include, without limitation, natural diamond, compact agglomerates of polycrystalline diamond (PDC), boron nitride any of these materials can also be coated with the same or a different superabrasive material, for example by chemical vapor deposition to produce a film coated superabrasive cutting element.

   The surfaces of the cutting element can likewise be ground, lapped or even polished to have an extremely smooth surface finish, for example a specular finish, as described in US Pat. No. 5,447,208, in the name of the applicant. In a preferred embodiment, the cutting elements 33, 43 and 53 comprise superabrasive masses of a conventional agglomerate material of conventional polycrystalline diamond (without thermal stability), formed on

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 rod-shaped bodies, generally cylindrical, made of cemented tungsten carbide, during the pressing process at extremely high pressure and temperature, applied to form such compact agglomerates.

   The superabrasive masses can also be formed in the form of cylindrical blanks or of another shape and shaped by grinding with electric discharge (EDG) or by machining with electric discharge (EDM), these techniques being well known. The shaped blanks can then be brazed into suitable carbide rods or other basic shapes, for attachment to the cutting device.



   Different embodiments of the cutting elements of the attached type according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS. 2 to 20. With a view to better understanding and greater clarity, the common characteristics of each embodiments of the cutting elements are identified by like reference numbers. Each of the cutting elements illustrated includes, for example, a hard, break-resistant insert 100, preferably formed from a sintered carbide or a hot isostatic pressing, for example cemented tungsten carbide.

   Each of the cutting elements according to the invention further comprises a superabrasive mass 102, fixed to the body of the insert 100, which, in the event of a projection of a surface of the envelope of a cutting device, for example cutting devices 21, 23 or 25, protrudes therefrom over a distance sufficient to ensure a desired DOC in the formation to be drilled. In the context of the present description, the term "superabrasive" includes the materials mentioned above, and in general materials having a hardness greater than 2800 on the Knoop hardness scale.

   The junction surface 104 between the body of the insert 100 and the superabrasive mass 102 is characterized by an exposed external limit 106, located, at least in the direction of rotation of the cutting device on which is mounted the cutting according to the invention, above (outside) the DOC for which the cutting element and the drill bit are designed, taking into account the characteristics of the rock of the formation to be drilled.



   Figure 2 of the drawings illustrates a first size 150 cutting front element according to the present invention. The geometric shape and dynamics of the cutting action of earth drill bits is extremely complex, but it is believed that the operation of the face cutting element of size 150 according to the present invention (to be

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 placed as a size 33 cutting element in the drill bit in Figure 1) is similar to that of a metal cutting tool. The cutting device 21 rotates for example along the bottom of the borehole, the cutting face surface 21g of this cutting device 21 contacting the side wall 300 of the borehole.

   As the cutting face surface 21 contacts the side wall 300 of the borehole, the projecting cutting face cutting element or the insert 150 likewise contacts the side wall 300, and the cutting edge 152 of the element or of the insert 150 cutting by shearing in the material of the side wall 300. The bevel 154, from which the cutting edge 152 extends, comprises a cutting face for the element of cuts 150 and serves as a cutting surface or fragment breaking surface, causing shear stress in the material of the side wall 300 of the borehole, thereby shearing off fragments or pieces of material from the borehole.

   In the embodiment of Figure 2, the bevel 154 comprises a substantially flat or planar surface, extending through the cutting element 150 and oriented substantially transversely to the cutting direction, the cutting edge 152 being practically linear. The remainder of the cutting element 150, projecting above the cutting face surface 21g on the same plane as the bevel or the cutting face 154, comprises a circumferential bevel in a truncated cone 158.

   If the substantially flat outer face 156 of the element or of the insert 150 remains at least partially in contact with the side wall 300 of the borehole, it is subjected to greater abrasion wear in service, since a certain amount of fine material 302 passes through the junction surface subjected to high stress between the cutting element 150 and the formation. The preferred design of the insert therefore includes the leading cutting edge 152, shearing the formation, and slightly higher than the flat external face 156, inclined at a small clearance angle of about 5 degrees relative to the face surface, without significant contact with the wall of the borehole.



  Such an inclination can be achieved by an appropriate angular orientation of the cutting element 150 in the envelope of the cutting device, or by manufacturing the cutting element 150 so that the external face 156 forms a small angle relative to the line perpendicular to the longitudinal axis of the cutting element.



   The external face 156 of the cutting element or of the insert 150 should extend over a distance p from the front surface

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 size 21g during drilling operations. Such a projection improves the shearing engagement power of the cutting edge 152 in the side wall 300 of the borehole and establishes a space for the movement of the sheared material towards the sides of the cutting element 150.



  During drilling operations in abrasive formations, the size 21g front surface will be gradually eroded, increasing any distance p corresponding to the overflow or extension of the external face 56 of the size 21g front surface. If the external face 156 extends over a distance much greater than 0.075 inch from the face surface of size 21g, the added element or the element 150 may be subjected to excessive bending stresses, which may cause a rupture or premature failure. of the cutting element or of the insert 150. The external face 156 should therefore not extend over a significant distance p from the face face size 21g during assembly and before drilling operations.

   The external face 156 may be located at the level of the face surface of size 21g during assembly, or may preferably extend over a minimum distance p of 0.010 inch, and in the most preferred cases included in the range from 0.015 to 0.060 inches, for most drill bits.



   The size of the cutting edge 152 and the orientation of the bevel or the cutting face 154 are important for the cutting operation of the cutting element 150. When cutting the side wall 300 of the hole the angle of the bevel 154 defines an angle of inclination a with respect to a line perpendicular to the part of the side wall 300 of the cut-out borehole. In the cutting elements according to the present invention, this angle of inclination a can also be measured with respect to the longitudinal axis of the cutting element. It is estimated that the angle of inclination a should be negative (so that the bevel or the cutting face 154 directs the cutting edge 152 in the direction of movement of the cutting element against the side wall 300 of the hole to prevent excessive load from being applied to the cutting edge 152.

   The choice of tilt angle a depends on the desired aggressiveness of the cutting action. In the presence of a high tilt angle, for example 90 degrees, there is no cutting edge and therefore no shearing action; in the presence of a small angle of inclination a, for example of 0 degrees, the bevel or the cutting face 154 being perpendicular to the side wall 300 of the borehole, the shearing action is maximum for a cutting face with negative or neutral tilt, such an orientation of the face

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 However, the cutting edge is accompanied by the application of a large load to the cutting edge 152, which risks causing premature failure.

   An intermediate negative tilt angle, ranging from 15 to 60 degrees, is believed to provide a satisfactory compromise between establishing an effective cutting action of the cutting element 150 and a duration satisfactory service. Tilt angles in the above range near the cutting edges are also considered suitable for the embodiments of the cutting elements described below.



   As indicated above, the face cutting element or the insert 150 includes a body 100 and a superabrasive mass 102, with a junction surface 104 between the two materials having an exposed limit 106 on the outside. of the element 150. As shown in FIG. 2, the junction surface 104 and the limit 106 are also located below the cutting face surface 21g inside the body of the cutting device 21, as shown, necessarily above the DOC of the cutting element 150 against the side wall 300 of the borehole.



   FIG. 3 illustrates a second front cutting element of size 160, the element 160 also including a body 100, surmounted by a superabrasive mass 102 having a depth sufficient to support the compression and tensile stresses applied during drilling. Unlike the element 150 of FIG. 2, the element 160 can comprise a projecting part of the superabrasive mass 102 which is practically symmetrical, with a bevelled edge surface 162, extending completely around the cutting element 160 .

   The bevelled edge surface 162 may have a smooth, continuous, frusto-conical configuration, as illustrated on the right side of the cutting element 160, or may comprise a series of laterally contiguous bevelled flats 164, extending around the periphery of the element 160, as shown on the left side, or comprise an arcuate surface, partly in a truncated cone 160, and several flats in one part, a configuration of single and flat surface / in truncated cone previously was illustrated in Figure 2. In each case, a cutting edge 182 (facing the direction of movement of the cutting device, substantially transverse to the axis of the cutting element 160) is located at the intersection of part of the chamfered edge surface 162 and the flat external surface 166.



   FIGS. 4,5 and 6 illustrate modifications of a first cutting element of peripheral size 170 according to the present invention,

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 the element 170 including an attached body 100 supporting a superabrasive mass 102, the junction surface 104 and the external limit 106 between the two being situated below a surface of peripheral size 21h of an exemplary cutting device 21. It should be noted that the junction surface 104 is wound so as to establish a larger surface area in order to establish a more resistant junction surface between the added body 100 and the superabrasive mass 102.

   The windings are generally sinusoidal and can extend through the junction surface in the form of parallel ribs and hollows, the ribs and hollows also being able to extend radially from the central zone of the element 170 towards the limit 106. The exterior of the superabrasive mass 102 is configured with two opposite and mutually convergent flats 172, arranged at practically similar angles with respect to the longitudinal axis of the element 170, each flap 172 ending at a rib or crest surface 174 at the outermost end of the element 170.

   The trailing surface 176 (taken in the direction of movement of the cutting element, axially towards the center of the drill bit, driven by an offset of the cone) has a configuration partly in truncated cone, the attack surface 178 comprising a shear cutting face 180 (called below and in the other embodiments "cutting face"), with a cutting edge 182 at its distal or outermost end. The remainder of the attack surface 178 may comprise two flanks partly in a truncated cone 184, arranged on both sides of the cutting face 180. As shown in FIGS. 5 and 6, the cutting face 180 may have different configurations , FIG. 5 showing a triangular cutting face 180 and FIG. 6 showing a truncated cone cutting face 180.

   If the relative movement between a cutting element of peripheral size 170 and the formation is due to the circumferential drag caused by an imperfect geometric shape of the knurled cone, the flats 172 constitute the cutting faces and the sides of the rib or the crest 174 constitute the cutting edges 179. Since the row of peripheral size cutting elements normally has a diameter less than the effective diameter of the rollers, it tends to be driven forward, driving a peripheral size cutting element 170 to be cut with its leading side relative to the rotation of the cutting device.



   Figures 7,8 and 9 illustrate modifications of a second peripheral size cutting element 190 according to the present invention,

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 the cutting element or the insert 190 including a body 100 surmounted by a superabrasive mass 102, having an external surface with a generally hemispherical external part 192, extending towards a cylindrical part 194 of diameter similar to that of the body 100 The hemispherical part 192 further comprises a single cutting face 180 comprising a cutting edge 182 and facing the direction of axial movement towards the inside of the cutting elements of peripheral size of the cutting device 21, as shown in the figure 8.



  However, it can also include lateral cutting faces 184 with cutting edges 185, to ensure a shear cutting induced by the circumferential drag, as shown in FIG. 9. It is naturally also possible to form a partially linear cutting edge. and partially non-linear. As shown in FIG. 7, the cutting edge 182 can be arranged at the top of the cutting element 190 or slightly below it, so that the crushing loads applied to the superabrasive mass 102 are supported in the first place by the rounded, larger end surface of the hemispherical part 192.

   As shown in Figure 7, a wound junction surface 104 is arranged between the body 100 and the superabrasive mass 102, having a limit 106, having a square wave configuration. As in the above embodiment, the joining surface can extend linearly and parallel, transversely through the cutting element 190, or radially from a point near the center of the element 190 In this embodiment, the junction surface 104 and the limit 106 are, however, well above the surface 21h of the cutting element 21, but also above (outside) the projected DOC , D, of the cutting element 190 in the formation.



   FIG. 10 shows a first internal cutting element 200.



  The cutting element 200 includes a frustoconical projecting part 202 composed of the superabrasive mass 102, the part 202 being contiguous with a lower cylindrical part 204 of diameter similar to that of the body 100. The projecting part 202 is covered of several laterally contiguous flats or of facets 206, extending circumferentially around the element 200. The facets 206 may be arranged at an angle identical to that of the side wall of the part 202 or may be arranged at greater angles or lower, depending on the desired rear tilt of the shear type cut and

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 requirements for durable cutting edges.

   The upper part of the element 200 comprises a support flat 207, surrounded by the facets 206, establishing (in all directions of movement between the cutting element 200 and the formation) cutting faces 180, defining edges of section 182 at the level of the boundaries between the facets 206 and the flat 207. The term "flat" is certainly used, but the surface 207 may also have a slightly concave projection above the facets 206.



  It should also be noted that the junction surface 204 comprises an annular portion with radial extension 208, surrounding a central projection 210 of the body 100 in the superabrasive mass 102. While retaining the superabrasive material and exposing the mass 1023 to compression stresses beneficial after the high temperature manufacturing process, resulting from different coefficients of thermal expansion (CTE) of the two materials, the projection 210 still has a sufficient thickness of superabrasive material, so that it is able to withstand the stresses of compression and tensile stresses of subsurface.

   It should also be noted that the projection 210 can be offset laterally relative to the axis of the cutting element 200 to ensure an additional depth of the superabrasive mass in the direction of a corresponding side. The limit 106 between the superabrasive mass 102 and the body 100 is located above the internal surface 21i of the cutting device 21, but also above (outside) the planned DOC, or the overflow of the element cutting 200 in formation during drilling. The total depth of the cut is therefore established by the superabrasive material.



   The second internal cutting element 220, represented in FIGS. 11 and 12, is similar to the element 200, but establishes a series of flats or facets with longitudinal extension 222 on the attack surface of the cutting element 220 , taken in the radially internal and circumferential direction of the displacement of the internal row of the cutting elements 53 on the cutting device 21. Each facet 222 comprises a part of a cutting face 180 and has a cutting edge 182 at its outermost end, the trailing surface 224 of the element 220 having a frustoconical configuration and the outermost end of the element 220 comprising a support flat 22, intended to support the compression loads.

   As indicated above with reference to the surface 207, the surface 226 can be really flat or rounded. The joining surface 104 and the limit 106 on the cutting element 220, as shown,

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 lie in a single radial plane and are arranged below the internal surface 21i of the cutting device 21, but, as in the case of the cutting element 200 of FIG. 10, the material of the body of the element reported may extend inward from the superabrasive mass.



   FIG. 13 illustrates another cutting element of peripheral size 240, similar to that of FIGS. 7 to 9, establishing a similar cutting face 180, but comprising a projection 242 of the body 100 in the superabrasive mass 102, the projection 242 including a cavity 244 extending therein on the leading side of element 240, and a partially hemispherical surface 246 on the trailing side. This configuration ensures a portion of superabrasive mass sufficiently thick or deep 248 on the leading side of the element 240, subjected to high stresses, and a part of thinner superabrasive envelope 250 on the hemispherical sides 252 and 254 of l element 240.



   FIG. 14 illustrates another cutting element 260, configured for the application of high compressive loads and including a projection 262 of the body 100 in the superabrasive mass 102. Unlike the projection 242, the projection 262 includes an annular recess 264 for establishing an additional depth of the superabrasive mass along the end periphery of the projection 262 in the superabrasive mass 102. The exterior 266 of the projection 262 follows the generally conical external shape 270 of the mass 102, thereby establishing an envelope relatively finer 272 of the superabrasive material around the lateral periphery of the cutting element 260.

   In certain applications, to establish an additional depth of the superabrasive material, in alignment with the longitudinal axis of the cutting element 260, it is possible to incorporate, if necessary, an axial recess or a cavity 268 (represented by dashes), extending in the projection 262 and filled with part of the superabrasive mass 102 of the cutting element 260.



   FIG. 15 illustrates a cutting element 280 comprising several contiguous arcuate chamfers 284, 286 and 288 at increasing angles relative to the longitudinal axis of the cutting element 280. The lowest chamfer 284 is contiguous with the cylindrical surface 282, immediately above the junction surface 104 and the limit 106 with respect to the body 100. The angles of the chamfers 284, 286 and 288 can be selected to approach either a "ball" nose or a "nose". cone "on the cutting element 280, the leading portions of the chamfers comprising cutting surfaces 180 in this form of

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 omnidirectional realization of the invention. In this embodiment, the junction surface 104 and the limit 106 lie on a single radial plane.



   FIGS. 16 and 17 are respectively a side view and a side view of a scissor-shaped cutting element 300 according to the invention, the superabrasive mass 102 including two flats with converging angles 302 ending at the level of the rib or of the ridge 304, practically transverse to the longitudinal axis of the cutting element 300. In this embodiment, the attack and flight surfaces 306 and 308 are also practically plane. The body 100 projects into the mass 102, as represented by the reference number 310.



   Figures 18 and 19 are respectively a side view and a side view of another scissor-shaped cutting element 320 according to the invention. The cutting element 320 includes a rolled junction surface 104 and a boundary 106 between the superabrasive mass 102 and the carbide body 100, and it should further be noted that the boundary and the junction surface lie substantially above the envelope of the cutting element 21 and also above the DOC, D, of the cutting element 320.



  In this particular case, the junction surface 104 is illustrated in the form of a series of mutually parallel ribs and interposed recesses, the coiled junction surface 104 may however also include ribs and recesses with radial extension. The direction of the parallel ribs and the troughs could also be rotated 90 degrees (or a different angle, as necessary) from the orientation illustrated in this embodiment or in other embodiments of the cutting element according to the invention, sensitive to the expected intensity of the load applied, to the likely direction and application of the load,

   the selected orientation is preferably an orientation in which the residual stresses residing in the area of the junction surface are likely to be harmful if a load is applied.



   FIG. 20 is a side view of another embodiment 340 of the cutting element according to the invention, in which the junction surface 104 and the limit 106 between the superabrasive mass 102 and the body of the element d insertion 100 are outside the DOC, D, on the leading face 342 (as indicated by the arrow showing the direction of rotation of the cutting device 21) and the sides 344 of the cutting element

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 340, and are in the context of the DOC on the relatively protected trailing face 346.



   Those skilled in the art will understand that the present invention provides a cutting element, which can have various embodiments, having extremely robust characteristics, which can be configured outside and inside so as to resist types and values specific constraints to which a particular cutting element may be exposed depending on its location on a rotary cutter drill bit.

   With regard to the application of loads to the cutting elements and the self-supporting nature of the superabrasive mass used, it is estimated that the depth or thickness of the superabrasive mass, in line with the compressive load, should represent at least approximately a quarter (1/4) of the diameter of the cutting element, to ensure that it is the superabrasive material and not the carbide or other metal underlying the insert, which supports the load applied to the element cutting, so as to prevent the above sagging of the body of the insertion element and the damage resulting from the superabrasive mass.

   In other words, insofar as the load application characteristics of a particular cutting element can be provided, the junction surface between the body of the insert and the superabrasive mass can be designed so as to preferably ensure the required depth of the superabrasive material in areas with high stress, the thickness or depth of the superabrasive material can be minimized in other areas.

   Overall, and with particular reference to the cutting elements according to the present invention, rather than with specific reference to the elements whose diameter and location on a cutting device may affect the parameter of the depth of the superabrasive material, it may be in It is generally recommended to provide a depth of the superabrasive material, oriented as indicated above, greater than about 0.040 inch. The depth can obviously be greater in cases involving the application of higher loads and harder rock formations.



   The extent of the projection of the superabrasive mass of the cutting elements according to the invention above the surface of the cutting device or of the "cone envelope", within the framework of the parameters of the present invention, is in additionally necessarily variable, depending at least in part on the location of the cutting element (front face, peripheral size or internal row) and at least in part

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 characteristics, for example the hardness and abrasion of the formation or formations that the drill bit must pierce during drilling operations.

   Since most drill bits are not intended for maximum efficiency specific to a single type of rock, it will necessarily be necessary to compromise for any drill bit and cutting element to ensure proper, if not optimal, performance during drilling. interval.



  For face cutting elements, providing continuous shear cutting due to their unique position on the cutting device, the projection of the superabrasive material of the cutting element should, however, be approximately double the space minimum between the face of cutting face and the wall of the borehole to allow wear of the added elements of peripheral size and of the steel of the cone, increasing the forecast DOC and the exposure of the cutting elements of face of cutting. Typical values for a minimum space between the face of the face and the borehole range from about 0.015 to about 0.06 inch.

   A suitable protrusion interval of the superabrasive mass for a peripheral size element is between about 0, 100 and about 0.200 inch, while an inner row cutting element can have a typical exemplary protrusion interval ranging from about 0.150 to about 0.300 inch. Variations in the size of the drill bit and in the characteristics of the formation may in certain cases require projection intervals different from those indicated above, the invention therefore not being limited thereto. As indicated above, the projection of the superabrasive material does not necessarily have to extend on all sides of an insert, but can be focused in the intended directions of movement of the cutting element, depending on the location of the specific insert.

   The term "projection of the superabrasive material" does not necessarily require that the superabrasive material extends beyond the entire distance between the envelope of the cutting device and the external point of the cutting element, provided that the exposed limit between the superabrasive material and the added body is located outside the DOC.



   During drilling operations, the drill bit 11 is turned and the cutting devices 21, 23, 25 roll and slide over the bottom of the borehole, the cutting elements according to the invention described above crushing, cutting and scraping or shearing the formation material. When the cutting elements engage in the formation, the superabrasive cutting faces, for example the faces 154 and 180, as well as

  <Desc / Clms Page number 25>

 the cutting edges, for example the cutting edges 52 and 182 on the cutting edge and peripheral size rows scrape and shear the formation material on the side wall and in the corner of the borehole.

   The superabrasive masses 102 of the cutting elements have a sufficient depth or thickness, preferably at least in one direction of the intended application of the load, to support these loads self-supporting, so that the underlying material of the added bodies does not sag when applying a load. The superabrasive external surfaces of the cutting elements according to the invention also provide high protection against wear by abrasion and erosion, lengthening the useful life of the cutting elements. The bodies of the cutting elements composed of fracture-resistant metal carbide in turn have sufficient strength and rigidity to fix the cutting elements to the cutting devices during load application and cyclic drilling operations, without loss, cracking or breaking.

   The cutting elements on the internal rows of the cutting devices further induce breakage and failure by shearing and crushing, the cutting faces 180 and the cutting edges 182 shearing the formation material, while the deep, self-supporting mass superabrasive material supports the compression loads applied to the cutting elements without sagging, the underlying metal carbide of the inserts fixing the cutting elements to the cutting devices being resistant to premature loss as well as cracking or rupture.



   It will further be understood that the integrity of the superabrasive mass ive, owing to its depth or thickness, and the self-supporting nature which results therefrom (at least in the directions of application of the maximum loads) prevents its chipping, breaking, or removal of the insert body, in contrast to the relatively fine superabrasive coatings or sheaths of the insert elements of the prior art, exposed to reaction stress as a result of localized collapse of the carbide below a portion of the coating or sheath. Even in the presence of contact stresses, greater than the elastic limit of the body material (typically tungsten carbide, as indicated above), the superabrasive mass will thus maintain its integrity.



   The present invention has certainly been described with reference to certain preferred and illustrated embodiments, but it is not limited thereto, and those skilled in the art will understand that many modifications can be made to the embodiments described,

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 combinations of different characteristics of different embodiments can also be made, without departing from the objective of the invention, defined in the claims.

Claims (57)

REVENDICATIONS 1. Élément de coupe pour un trépan du type à dispositif de coupe rotatif pour le forage de formations souterraines, comprenant : un élément de coupe comprenant un corps rapporté composé d'un matériau résistant à la rupture et comportant un axe longitudinal, ledit corps rapporté étant configuré au niveau d'une extrémité correspondante, en vue d'une insertion au moins partielle dans une ouverture formée dans une enveloppe d'un dispositif de coupe rotatif dudit trépan : CLAIMS 1. Cutting element for a drill bit of the rotary cutting device type for drilling underground formations, comprising: a cutting element comprising an insert body made of a fracture-resistant material and having a longitudinal axis, said body reported being configured at a corresponding end, for at least partial insertion into an opening formed in an envelope of a rotary cutting device of said drill bit: et une masse de matériau superabrasif fixée audit corps rapporté et débordant longitudinalement de celui-ci, en un point opposé à ladite extrémité, présentant une surface externe superabrasive sur ledit élément de coupe. en vue de l'engagement dans une formation souterraine, ladite masse englobant une profondeur de matériau superabrasif au-dessous de ladite surface externe suffisante pour soutenir, sans endommagement substantiel dudit élément de coupe, les charges qui y sont appliquées. d'une intensité correspondant au moins à une limite d'élasticité dudit matériau résistant à la rupture dudit corps rapporté.  and a mass of superabrasive material fixed to said attached body and protruding longitudinally therefrom, at a point opposite to said end, having a superabrasive external surface on said cutting element. for engagement in an underground formation, said mass including a depth of superabrasive material below said external surface sufficient to support, without substantial damage to said cutting element, the loads applied thereto. of an intensity corresponding at least to an elastic limit of said material resistant to rupture of said added body. 2. Élément de coupe selon la revendication 1. dans lequel la direction de l'application de ladite charge dépend d'un emplacement de l'élément de coupe sur le dispositif de coupe et est sélectionnée dans un groupe de directions comprenant l'application d'une charge pratiquement alignée avec ledit axe longitudinal, l'application d'une charge pratiquement transversale audit axe longitudinal, et l'application d'une charge à un angle aigu par rapport audit axe longitudinal, ladite profondeur du matériau superabrasif étant mesurée pratiquement dans une direction d'application de ladite charge. 2. Cutting element according to claim 1. wherein the direction of application of said load depends on a location of the cutting element on the cutting device and is selected from a group of directions comprising the application of '' a load practically aligned with said longitudinal axis, the application of a load practically transverse to said longitudinal axis, and the application of a load at an acute angle relative to said longitudinal axis, said depth of the superabrasive material being measured practically in a direction of application of said load. 3. Élément de coupe selon la revendication 1. dans lequel ladite surface externe englobe au moins une arête de coupe, proche d'une extension externe de ladite saillie longitudinale, et au moins une face de coupe adjacente à ladite au moins une arête de coupe, s'étendant en direction de ladite extrémité dudit corps rapporté. 3. Cutting element according to claim 1. wherein said external surface includes at least one cutting edge, close to an external extension of said longitudinal projection, and at least one cutting face adjacent to said at least one cutting edge , extending towards said end of said insert body. 4. Élément de coupe selon la revendication 1. dans lequel ledit matériau résistant à la rupture dudit corps rapporté déborde dans ladite masse de matériau superabrasif. 4. Cutting element according to claim 1. wherein said material resistant to rupture of said insert body protrudes into said mass of superabrasive material. 5. Élément de coupe selon la revendication 1. dans lequel ladite masse de matériau superabrasif déborde dans ledit matériau résistant à la rupture dudit corps rapporté. 5. Cutting element according to claim 1. wherein said mass of superabrasive material overflows into said material resistant to rupture of said insert body. 6. Élément de coupe selon la revendication 1, dans lequel ladite masse de matériau superabrasif et ledit matériau résistant à la rupture dudit corps rapporté se <Desc/Clms Page number 28> rencontrent au niveau d'une surface de jonction présentant une limite exposée sur une périphérie latérale dudit élément de coupe. 6. Cutting element according to claim 1, wherein said mass of superabrasive material and said material resistant to breakage of said insert body  <Desc / Clms Page number 28>  meet at a junction surface having a limit exposed on a lateral periphery of said cutting element. 7. Élément de coupe selon la revendication 6, dans lequel ladite surface de jonction et ladite limite sont pratiquement alignées dans un plan. 7. A cutting element according to claim 6, wherein said joining surface and said boundary are substantially aligned in a plane. 8. Élément de coupe selon la revendication 7, dans lequel ledit plan est un plan pratiquement radial, transversal audit axe longitudinal. 8. Cutting element according to claim 7, wherein said plane is a substantially radial plane, transverse to said longitudinal axis. 9. Élément de coupe selon la revendication 6. dans lequel ladite surface de jonction s'étend longitudinalement dans un intérieur dudit élément de coupe, le long d'au moins une partie de ladite limite, dans une direction de ladite masse en saillie dudit matériau superabrasif. 9. A cutting element according to claim 6. wherein said joining surface extends longitudinally in an interior of said cutting element, along at least a portion of said boundary, in a direction of said protruding mass of said material superabrasive. 10. Élément de coupe selon la revendication 6. dans lequel ladite surface de jonction s'étend longitudinalement dans un intérieur dudit élément de coupe, le long d'au moins une partie de ladite limite, dans une direction de l'extrémité dudit corps rapporté. 10. A cutting element according to claim 6. wherein said joining surface extends longitudinally in an interior of said cutting element, along at least a portion of said boundary, in a direction from the end of said insert body . 11. Élément de coupe selon la revendication 6. dans lequel ladite surface de jonction définit un évidement dans ledit matériau résistant à la rupture dudit corps rapporté. 11. Cutting element according to claim 6. wherein said junction surface defines a recess in said material resistant to rupture of said insert body. 12. Élément de coupe selon la revendication 11. dans lequel ledit évidement s'étend pratiquement le long dudit axe longitudinal. 12. Cutting element according to claim 11. wherein said recess extends substantially along said longitudinal axis. 13. Élément de coupe selon la revendication 11. dans lequel ledit évidement est orienté à un angle par rapport audit axe longitudinal, choisi dans un intervalle d'angles aigus et englobant un angle perpendiculaire audit axe longitudinal. 13. Cutting element according to claim 11. wherein said recess is oriented at an angle relative to said longitudinal axis, chosen from a range of acute angles and encompassing an angle perpendicular to said longitudinal axis. 14. Élément de coupe selon la revendication 11. dans lequel ledit matériau résistant à la rupture dudit corps rapporté s'étend longitudinalement le long d'au moins une partie de ladite limite, dans une direction de ladite saillie, ledit évidement établissant ladite profondeur suffisante du matériau superabrasif. 14. Cutting element according to claim 11. wherein said material resistant to rupture of said attached body extends longitudinally along at least part of said boundary, in a direction of said projection, said recess establishing said sufficient depth superabrasive material. 15. Élément de coupe selon la revendication 14. dans lequel une profondeur du matériau superabrasif adjacent et sur au moins un côté dudit évidement a une profondeur suffisante pour soutenir ladite charge appliquée. 15. A cutting element according to claim 14. wherein a depth of the adjacent superabrasive material and on at least one side of said recess has a depth sufficient to support said applied load. 16. Élément de coupe selon la revendication 1. dans lequel ladite surface externe superabrasive s'étend sur pratiquement une extrémité entière dudit élément de coupe, opposée à ladite extrémité du corps rapporté. 16. A cutting element according to claim 1. wherein said superabrasive external surface extends over substantially an entire end of said cutting element, opposite to said end of the insert body. 17. Élément de coupe selon la revendication 1. dans lequel ladite surface externe superabrasive est orientée vers ladite périphérie latérale dudit élément de coupe. <Desc/Clms Page number 29> 17. Cutting element according to claim 1. wherein said superabrasive external surface is oriented towards said lateral periphery of said cutting element.  <Desc / Clms Page number 29>   18. Élément de coupe selon la revendication 17. dans lequel ladite surface externe superabrasive s'étend sur une extrémité dudit élément de coupe opposée à ladite extrémité du corps rapporté. 18. Cutting element according to claim 17. wherein said superabrasive external surface extends over one end of said cutting element opposite to said end of the insert body. 19. Élément de coupe selon la revendication 1. dans lequel ledit matériau résistant à la rupture comprend du carbure métallique cimenté, ledit matériau superabrasif étant sélectionné dans un groupe constitué de diamant polycristallin, de diamant polycristallin thermiquement stable et de nitrure de bore cubique. 19. A cutting element according to claim 1. wherein said fracture-resistant material comprises cemented metal carbide, said superabrasive material being selected from a group consisting of polycrystalline diamond, thermally stable polycrystalline diamond and cubic boron nitride. 20. Élément de coupe selon la revendication 1. dans lequel ledit élément de coupe a une section transversale généralement cylindrique en un point adjacent à ladite extrémité et commence à s'effiler au niveau d'un emplacement éloigné de ladite extrémité, vers une section transversale inférieure, à l'écart de ladite extrémité. ledit matériau résistant à la rupture dudit corps rapporté et ladite masse de matériau superabrasif définissant une limite externe autour d'une périphérie dudit élément de coupe. 20. A cutting element according to claim 1. wherein said cutting element has a generally cylindrical cross section at a point adjacent to said end and begins to taper at a location remote from said end, toward a cross section lower, away from said end. said material resistant to rupture of said added body and said mass of superabrasive material defining an external limit around a periphery of said cutting element. 21. Élément de coupe selon la revendication 20, dans lequel ladite limite se situe entre ledit emplacement où commence l'effilement et ladite extrémité. 21. Cutting element according to claim 20, wherein said boundary is between said location where taper begins and said end. 22. Élément de coupe selon la revendication 20. dans lequel ladite limite s'étend au-delà dudit emplacement où commence l'effilement, à l'écart de ladite extrémité. 22. Cutting element according to claim 20. wherein said limit extends beyond said location where taper begins, away from said end. 23. Élément de coupe selon la revendication 1. dans lequel ladite profondeur suffisante du matériau superabrasif n'est pas supérieure à environ 0, 040 pouce. 23. The cutting element of claim 1. wherein said sufficient depth of the superabrasive material is not more than about 0.040 inch. 24. Élément de coupe selon la revendication 1. dans lequel ladite masse superabrasive est formée sur ledit corps rapporté. 24. Cutting element according to claim 1. wherein said superabrasive mass is formed on said insert body. 25. Trépan de forage pour une formation souterraine, comprenant un corps de trépan : au moins un dispositif de coupe rotatif supporté par ledit corps de trépan, ledit dispositif de coupe rotatif supportant plusieurs éléments de coupe débordant d'une surface externe correspondante : au moins un desdits plusieurs éléments de coupe ayant un axe longitudinal et comprenant un corps composé de matériau résistant à la rupture, et comportant une masse de matériau superabrasive, qui y est montée dans ladite saillie correspondante de ladite surface externe, ayant une profondeur suffisante pour soutenir les charges qui y sont appliquées, sans endommagement substantiel dudit au moins un élément de coupe, d'une intensité correspondant au moins à la limite d'élasticité dudit matériau résistant à la rupture dudit corps de l'élément de coupe. 25. A drill bit for an underground formation, comprising a drill bit body: at least one rotary cutting device supported by said drill bit body, said rotary cutting device supporting several cutting elements projecting from a corresponding external surface: at least one of said several cutting elements having a longitudinal axis and comprising a body made of fracture-resistant material, and comprising a mass of superabrasive material, which is mounted therein in said corresponding projection of said external surface, having a depth sufficient to support the loads applied thereto, without substantial damage to said at least one cutting element, of an intensity corresponding at least to the elastic limit of said material resistant to rupture of said body of the cutting element. <Desc/Clms Page number 30>    <Desc / Clms Page number 30>   26. Trépan de forage selon la revendication 25. dans lequel ledit matériau superabrasif déborde vers l'extérieur sur une distance suffisante à partir de ladite au moins une surface externe du dispositif de coupe, sur un côté dudit élément de coupe. orienté dans une direction du déplacement de l'élément de coupe. ladite formation étant ainsi engagée uniquement par le matériau superabrasif sur ledit côté orienté. 26. A drill bit according to claim 25. wherein said superabrasive material projects outward over a sufficient distance from said at least one external surface of the cutting device, on one side of said cutting element. oriented in a direction of movement of the cutting element. said formation being thus engaged only by the superabrasive material on said oriented side. 27. Trépan de forage selon la revendication 26. dans lequel ladite masse de matériau superabrasif et ledit matériau résistant à la rupture dudit corps de l'élément de coupe définissent une surface de jonction entre eux, présentant une limite externe sur une périphérie latérale dudit au moins un élément de coupe. 27. A drill bit according to claim 26. wherein said mass of superabrasive material and said material resistant to breakage of said body of the cutting element define a junction surface therebetween, having an external limit on a lateral periphery of said au minus a cutting element. 28. Trépan de forage selon la revendication 27, dans lequel ladite limite sur ledit côté orienté se situe au-dessus d'une profondeur prévue de la coupe dudit au moins un élément de coupe dans ladite formation souterraine. 28. A drill bit according to claim 27, wherein said boundary on said oriented side is located above an expected depth of cut of said at least one cutting element in said underground formation. 29. Trépan de forage selon la revendication 27, dans lequel ladite limite sur ledit côté orienté se situe au-dessous de ladite surface externe dudit au moins un dispositif de coupe rotatif. 29. A drill bit according to claim 27, wherein said boundary on said oriented side is located below said outer surface of said at least one rotary cutter. 30. Trépan de forage selon la revendication 27, dans lequel ledit corps de l'élément de coupe comprend un corps rapporté ayant une première extrémité d'une section transversale généralement cylindrique, reçue dans une ouverture de configuration similaire, formée dans ladite surface externe du dispositif de coupe, et dans lequel ledit au moins un élément de coupe est effilé vers une section transversale réduite lors de son débordement à partir de ladite surface externe du dispositif de coupe. 30. A drill bit according to claim 27, wherein said body of the cutting element comprises an insert body having a first end of a generally cylindrical cross section, received in an opening of similar configuration, formed in said external surface of the cutting device, and wherein said at least one cutting element is tapered to a reduced cross section when it overflows from said external surface of the cutting device. 31. Trépan de forage selon la revendication 30. dans lequel ladite limite se situe au moins partiellement dans ladite saillie effilée. 31. A drill bit according to claim 30. wherein said limit is located at least partially in said tapered projection. 32. Trépan de forage selon la revendication 30. dans lequel ladite limite se situe au-dessous de ladite saillie effilée. 32. A drill bit according to claim 30. wherein said limit is located below said tapered projection. 33. Trépan de forage selon la revendication 25. dans lequel ladite masse superabrasive définit au moins une face de coupe orientée dans une direction de la rotation du dispositif de coupe, ladite au moins une face de coupe comportant au moins une arête de coupe proche d'une saillie externe dudit au moins un élément de coupe. 33. A drill bit according to claim 25. wherein said superabrasive mass defines at least one cutting face oriented in a direction of rotation of the cutting device, said at least one cutting face comprising at least one cutting edge close to 'an external projection of said at least one cutting element. 34. Trépan de forage selon la revendication 33. dans lequel ladite au moins une face de coupe forme un angle d'inclinaison arrière négative compris entre environ 15 degrés et environ 60 degrés par rapport audit axe longitudinal. 34. A drill bit according to claim 33. wherein said at least one cutting face forms a negative rear tilt angle of between approximately 15 degrees and approximately 60 degrees relative to said longitudinal axis. 35. Trépan de forage selon la revendication 25. dans lequel la direction de l'application de ladite charge dépend d'un emplacement du au moins un élément de coupe <Desc/Clms Page number 31> sur le au moins un dispositif de coupe, et est sélectionnée dans un groupe de directions, comprenant l'application de charge pratiquement alignée avec ledit axe longitudinal, l'application d'une charge pratiquement transversale audit axe longitudinal et l'application d'une charge à angle aigu par rapport audit axe longitudinal, ladite profondeur du matériau superabrasif étant mesurée pratiquement dans une direction d'application de ladite charge. 35. A drill bit according to claim 25. wherein the direction of application of said load depends on a location of the at least one cutting element  <Desc / Clms Page number 31>  on the at least one cutting device, and is selected from a group of directions, comprising the application of load practically aligned with said longitudinal axis, the application of a load practically transverse to said longitudinal axis and the application of a load at an acute angle with respect to said longitudinal axis, said depth of the superabrasive material being measured practically in a direction of application of said load. 36. Trépan de forage selon la revendication 25. dans lequel ladite masse superabrasive présente une surface externe englobant au moins une arête de coupe proche d'une extension externe de ladite saillie, et au moins une face de coupe adjacente de ladite au moins une arête de coupe, s'étendant vers ladite surface externe du dispositif de coupe. 36. A drill bit according to claim 25. wherein said superabrasive mass has an external surface including at least one cutting edge close to an external extension of said projection, and at least one cutting face adjacent to said at least one edge cutting, extending towards said outer surface of the cutting device. 37. Trépan de forage selon 1a revendication 25. dans lequel ledit matériau résistant à la rupture dudit corps de l'élément de coupe déborde dans ladite masse de matériau superabrasif. 37. A drill bit according to claim 25. wherein said material resistant to rupture of said body of the cutting element overflows into said mass of superabrasive material. 38. Trépan de forage selon la revendication 25. dans lequel ladite masse de matériau superabrasif déborde dans ledit matériau résistant à la rupture dudit corps de l'élément de coupe. 38. A drill bit according to claim 25. wherein said mass of superabrasive material overflows into said material resistant to rupture of said body of the cutting element. 39. Trépan de forage selon la revendication 25. dans lequel ladite masse de matériau superabrasif et ledit matériau résistant à la rupture dudit corps de l'élément de coupe se rencontrent au niveau d'une surface de jonction présentant une limite exposée sur une périphérie latérale dudit au moins un élément de coupe. 39. A drill bit according to claim 25. wherein said mass of superabrasive material and said material resistant to breakage of said body of the cutting element meet at a junction surface having a limit exposed on a lateral periphery said at least one cutting element. 40. Trépan de forage selon la revendication 39, dans lequel ladite surface de jonction et ladite limite sont pratiquement alignées dans un plan. 40. A drill bit according to claim 39, wherein said junction surface and said boundary are substantially aligned in a plane. 41. Trépan de forage selon la revendication 40, dans lequel ledit plan est un plan pratiquement radial transversal audit axe longitudinal. 41. The drill bit of claim 40, wherein said plane is a substantially radial plane transverse to said longitudinal axis. 42. Trépan de forage selon la revendication 39, dans lequel ladite surface de jonction s'étend longitudinalement dans un intérieur dudit au moins un élément de coupe. le long d'au moins une partie de ladite limite dans une direction de ladite saillie. 42. A drill bit according to claim 39, wherein said joining surface extends longitudinally in an interior of said at least one cutting element. along at least part of said boundary in a direction of said projection. 43. Trépan de forage selon la revendication 39, dans lequel ladite surface de jonction s'étend longitudinalement dans un intérieur dudit au moins un élément de coupe. le long d'au moins une partie de ladite limite dans une direction de ladite surface externe du dispositif de coupe. 43. A drill bit according to claim 39, wherein said joining surface extends longitudinally in an interior of said at least one cutting element. along at least a portion of said boundary in a direction of said outer surface of the cutting device. 44. Trépan de forage selon la revendication 39, dans lequel ladite surface de jonction définit un évidement dans ledit matériau résistant à la rupture dudit corps de l'élément de coupe. <Desc/Clms Page number 32> 44. A drill bit according to claim 39, wherein said joining surface defines a recess in said material resistant to breakage of said body of the cutting element.  <Desc / Clms Page number 32>   45. Trépan de forage selon la revendication 44, dans lequel ledit évidement s'étend pratiquement le long dudit axe longitudinal.  45. The drill bit of claim 44, wherein said recess extends substantially along said longitudinal axis. 46. Trépan de forage selon la revendication 44. dans lequel ledit évidement est orienté à un angle par rapport audit axe longitudinal, sélectionné dans un intervalle d'angles aigus et englobant un angle perpendiculaire audit axe longitudinal. 46. A drill bit according to claim 44. wherein said recess is oriented at an angle relative to said longitudinal axis, selected from a range of sharp angles and encompassing an angle perpendicular to said longitudinal axis. 47. Trépan de forage selon la revendication 44, dans lequel ledit matériau résistant à la rupture dudit corps de l'élément de coupe s'étend longitudinalement le long d'au moins une partie de ladite limite, dans une direction de ladite saillie, ledit évidement établissant ladite profondeur suffisante du matériau superabrasif. 47. A drill bit according to claim 44, wherein said material resistant to breakage of said body of the cutting element extends longitudinally along at least part of said boundary, in a direction of said projection, said recess establishing said sufficient depth of the superabrasive material. 48. Trépan de forage selon la revendication 47. dans lequel une profondeur du matériau superabrasif adjacent et au moins sur un côté dudit évidement a une profondeur suffisante pour soutenir ladite charge appliquée. 48. A drill bit according to claim 47. wherein a depth of the adjacent superabrasive material and at least on one side of said recess has a depth sufficient to support said applied load. 49. Trépan de forage selon la revendication 36, dans lequel ladite surface externe superabrasive s'étend sur pratiquement une extrémité entière dudit au moins un élément de coupe, opposée à ladite surface externe du dispositif de coupe. 49. A drill bit according to claim 36, wherein said superabrasive external surface extends over substantially an entire end of said at least one cutting element, opposite to said external surface of the cutting device. 50. Trépan de forage selon la revendication 36, dans lequel ladite surface externe superabrasive est orientée vers ladite périphérie latérale dudit au moins un élément de coupe. 50. A drill bit according to claim 36, wherein said superabrasive external surface is oriented towards said lateral periphery of said at least one cutting element. 51. Trépan de forage selon la revendication 50. dans lequel ladite surface externe superabrasive s'étend sur une extrémité dudit au moins un élément de coupe, opposée à ladite surface externe du dispositif de coupe. 51. A drill bit according to claim 50. wherein said superabrasive external surface extends over one end of said at least one cutting element, opposite to said external surface of the cutting device. 52. Trépan de forage selon la revendication 25, dans lequel ledit matériau résistant à la rupture comprend du carbure métallique cimenté, ledit matériau superabrasif étant sélectionné dans un groupe constitué de diamant polycristallin, de diamant polycristallin thermiquement stable et de nitrure de bore cubique. 52. A drill bit according to claim 25, wherein said break-resistant material comprises cemented metal carbide, said superabrasive material being selected from a group consisting of polycrystalline diamond, thermally stable polycrystalline diamond and cubic boron nitride. 53. Trépan de forage selon la revendication 25, dans lequel ledit au moins un élément de coupe a une section transversale généralement cylindrique près de ladite surface externe du dispositif de coupe et est effilé à partir d'un emplacement éloigné de ladite surface externe du dispositif de coupe, vers une section transversale réduite, à l'écart de ladite surface externe du dispositif de coupe, ledit matériau résistant à la rupture dudit corps de l'élément de coupe et ladite masse de matériau superabrasif définissant une limite externe autour d'une périphérie dudit au moins un élément de coupe. 53. The drill bit of claim 25, wherein said at least one cutting member has a generally cylindrical cross section near said outer surface of the cutting device and is tapered from a location remote from said outer surface of the device cutting, towards a reduced cross-section, away from said external surface of the cutting device, said material resistant to rupture of said body of the cutting element and said mass of superabrasive material defining an external limit around a periphery of said at least one cutting element. 54. Trépan de forage selon la revendication 53. dans lequel ladite limite se situe entre ledit emplacement où commence l'effilement et une extrémité dudit au moins un élément de coupe, porté par ledit au moins un dispositif de coupe. <Desc/Clms Page number 33>54. A drill bit according to claim 53. wherein said limit is located between said location where taper begins and one end of said at least one cutting element, carried by said at least one cutting device.  <Desc / Clms Page number 33> 55. Trépan de forage selon la revendication 53. dans lequel ladite limite s'étend au-delà dudit emplacement où commence l'effilement, à l'écart de ladite surface externe du dispositif de coupe. 55. A drill bit according to claim 53. wherein said limit extends beyond said location where tapering begins, away from said external surface of the cutting device. 56. Trépan de forage selon la revendication 25. dans lequel ladite profondeur suffisante du matériau superabrasif n'est pas inférieure à environ 0. 040 pouce. 56. The drill bit of claim 25 wherein said sufficient depth of the superabrasive material is not less than about 0.040 inch. 57. Trépan de forage selon la revendication 25. dans lequel ladite masse superabrasive est formée sur ledit corps dudit élément de coupe. 57. A drill bit according to claim 25. wherein said superabrasive mass is formed on said body of said cutting element.
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